UNIST(울산과학기술원) 연구팀이 이종(異種) 소재를 무결점으로 연결하는 방법으로 박막 태양전지의 전력 생산 효율과 안정성을 동시에 높이는 새로운 기술을 개발했다. 최고 권위 과학저널인 네이처는 이 같은 연구 결과를 20일자로 온라인에 공개했다.
은 박막 태양전지 구성층 사이에 집중된 결함을 최소화할 수 있는 중간층의 생성 원리를 밝혀내고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용해 25.8% 효율을 갖는 전지를 개발했다고 20일 밝혔다.
이는 논문으로 공식 보고된 세계 최고 효율이며, 미국 재생에너지연구소에서 인증 받은 공인 기록도 25.5%로 가장 높다.
연구팀은 전자전달층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 중간층 물질을 실험을 통해 입증했다. 이 물질은 전자전달층과 광활성층을 원자 수준에서 결함 없이 연결했다. 이러한 중간층은 전자전달층의 주석 성분을 통해 만들어졌다. 주석은 2가 양이온(Sn2+)인 동시에 4가 양이온(Sn4+)이 될 수 있다. 또 전자전달층내 산소 이온뿐만 아니라 페로브스카이트의 염소 이온과도 결합할 수 있다. 연구팀은 이들 원리에서 착안해 전자전달층과 페로브스카이트를 원자단위에서 결정구조학적으로 연결하는 중간층을 얻었다.
석상일 교수는 “페로브스카이트 광활성층과 전자전달층의 소재와 구조에 대한 심도 있는 이해를 바탕으로 효율과 안정성을 모두 갖춘 페로브스카이트 태양전지를 개발할 수 있었다”며 “세계 최고의 인증 효율을 달성한 것은 물론 이를 체계적으로 분석하는 접근법은 후속 연구자들에게 큰 영감을 줄 수 있다는 점에서 뜻깊은 연구”라고 말했다.
석 교수는 앞서 지난 9월 페로브스카이트 태양전지의 탄생과 개발에 기여한 공로로 2022 랭크 광전자공학상에 공동 수상자로 선정된 바 있다. 영국 랭크 재단에서 수여하는 이 상은 노벨상 수상자를 배출한 저명 과학상이다. 이왕수기자 wslee@ksilbo.co.kr
