울산과학기술원(UNIST)은 김동석 탄소중립대학원 교수와 조임현 한국에너지기술연구원 박사팀이 공동으로 저렴한 주석염화물을 사용해 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 높이는 데 성공했다고 4일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지의 효율을 높이려면 전자가 잘 흐를 수 있도록 돕는 박막인 전자수송층의 표면 결함을 제어하는 것이 중요하다. 이 결함은 태양전지 효율과 안정성에 큰 영향을 미친다.
연구팀은 값싼 주석 염화물을 물에 녹여 산화물층에 입히는 과정에서 형성된 수산화주석이 산화물 주석의 상층부를 완전히 산화시키고, 산이 재결정화를 통해 전자 이동성을 개선하는 것을 확인했다. 물과 반응해 생긴 수산화주석이 표면과 결합해 주석산화물 나노입자를 형성하고, 그 과정에서 부산물인 염산이 산화물 입자를 재결정화하도록 한 것이다. 이를 통해 생성된 다중접합이 표면을 더 부드럽게 하고, 전자의 이동을 원활히 함으로써 소자 효율과 안정성을 높였다고 연구팀은 설명했다.
이렇게 제작된 페로브스카이트 태양전지는 25.56%의 효율을 기록했고, 65도의 열안정성 시험에서 1000시간 동안 80%의 초기 성능을 유지했다.
김동석 UNIST 교수는 "이번 연구는 주석산화물의 뭉침 현상을 억제하고, 결정성을 높이는 데 성공한 것"이라며 "값싼 주석염화물을 사용해 고효율, 고강도, 저비용을 동시에 구현했다는 데 의미가 있다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(지난달 3일)' 온라인에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
