한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 신형식)은 정희석 전주센터 박사팀이 나석인 전북대 유연인쇄전자전문대학원 교수팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 성능 저하 원인을 규명했다고 13일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지 온도상승에 따른 구조변화를 실시간 관찰해, 기초 물성 연구는 물론 다양한 에너지·전자소자 성능 개선, 산업적 응용도 본격화 될 것으로 기대된다.
공동연구팀은 최고 0.1나노미터(㎚)수준에서 원자 배열까지 관찰할 수 있는 주사전자현미경(STEM)용 수차보정 투과전자현미경을 이용했다. 이 장비로 페로브스카이트 태양전지 온도 상승에 따라 내부에 공극이 만들어지거나, 원소가 이동하는 등 소자 성능 저하 원인을 실시간으로 분석했다.
나노수준에서의 실시간 시각화 연구는 소자 성능 저하 원인 파악에 반드시 해결돼야 할 난제였다. 고품질 페로브스카이트 박막 제조에는 가열공정이 필수적이며, 태양전지 소자로 활용할 경우 고온 환경에 노출 될 수밖에 없기 때문이다.
서유현 박사과정연구원 등 전북대 나석인 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 합성해 소자 특성에 대한 연구를 수행했다. 정희석 KBSI 박사팀은 STEM용 수차보정 투과전자현미경을 이용해 실시간 구조·화학 분석을 맡았다.
나석인 교수는 “실시간 수차보정 투과전자현미경을 통해 페로브스카이트의 열분해 메커니즘을 규명함에 따라, 향후 보다 내구도가 높은 페로브스카이트 태양전지를 설계하고 제조하는데 중요한 실마리를 제공할 수 있게 됐다”고 밝혔다.
정희석 박사는 “페로브스카이트의 성능 저하 원인을 나노스케일에서 실시간으로 분석할 수 있었던 것은 실시간 수차보정 투과전자현미경 역할이 가장 주요했다”며 “KBSI가 보유한 세계적 수준의 첨단연구장비와 연구인력이 차세대 반도체·에너지 소자 개발 등 국가적으로 중요한 연구의 난제들을 해결하는데 보다 많은 기여를 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
