26% 효율 달성...세계 최고
고효율화 위해 얇은 막 내부 결함 줄여야
(서울=내외방송) 내부 결함을 최소화하면서도 구조가 치밀한 얇은 막을 페로브스카이트(광물의 일종) 태양전지(태양광선을 전기에너지로 바꿈)에 적용할 수 있는 기술이 개발돼 효율성과 안정성 두 마리 토끼를 잡을 수 있게 됐다.
UNIST(울산과학기술원)는 17일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "석상일 에너지화학공학과 특훈교수 연구팀이 '페로브스카이트 광활성층(빛의 방향이 회전) 반도체의 결정성을 제어하는 새로운 방법과 원리'를 발견해 고효율 페로브스카이트 태양전지 제조 기술을 개발했다"고 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 결정 반도체를 얇은 막으로 코팅해 제조한다. 때문에 고효율화를 위해서 얇은 막의 내부 결함을 줄이는 것이 매우 중요하다.
페로브스카이트 구성 성분과 결합하면서 결정화가 이뤄지는 단계에서 탈양자화(조작을 통해 고전적인 물리량을 바꾸는 과정을 탈피)가 일어나는 '알킬암모늄 클로라이드'를 사용한 것이 이번 연구의 핵심이다.
또, 알칼기(지방족 탄화수소가 수소원자 하나를 잃음) 조합을 통해 페로브스카이트 전구체(화학 반응에 참여하는 물질) 용액의 코팅과 열처리 과정에서 용매화 함께 휘발되는 속도를 최적으로 제어할 수 있었다.
이를 통해 얇은 막의 표면을 평탄하게 하면서도 치밀하고, 결정의 내부 결함이 최소인 매우 우수한 페로브스카이트 박막(얇은 막) 제조가 가능해졌다.
석 교수는 "효율이 26% 이상인 이 페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지의 효율성을 조만간 능가할 수 있을 것"이라고 말했다.
박재왕, 김종범 연구원이 제1저자로, 신태주 반도체 소재·부품 대학원 교수가 공동교신저자로 참여한 이 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며 국제학술지인 '네이처(Nature, Impact Factor)'에 지난 16일 공개됐다(논문명: Controlled growth of perovskite layers with volatile alkylammonium chlorides).
