우리나라 연구진이 페로브스카이트 태양전지 효율 세계 기록을 또다시 경신했다. 페로브스카이트 태양전지 상용화와 차세대 광전소자 개발에 크게 기여할 것으로 전망된다.
울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 김진영 UNIST 에너지화학공학과 교수팀과 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 김동석 연구팀이 스위스 로잔공대와의 공동 연구로 에너지 전환 효율이 25.6%에 이르는 페로브스카이트 태양전지를 개발, 세계 기록을 세웠다고 5일 밝혔다. 연구 성과는 네이처 4월 5일 자에 실렸다.
기존 세계 기록은 서장원 한국화학연구원 책임연구원이 지난 2월 달성한 25.2%다.
공동 연구팀은 페로브스카이트 소재의 구성 원소 조합을 바꿔 효율을 끌어올렸다. 페로브스카이트 음이온 일부(용액 함량 2%)를 '포메이트'(HCOO-)로 교체했다.
'포메이트'는 금속 양이온과 상호작용하며, 결합력을 높여서 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적 입체 구조가 단단하게 성장하는 것을 돕는다. 이렇게 결정성이 우수한 소재를 사용한 전지는 효율이 높다.
포메이트가 페로브스카이트 결정 내 음이온 자리에서 주위 원소와 상호작용할 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혔다는 점에서 학문적 의미도 크다.
김동석 에기연 연구팀은 포메이트를 적용한 페로브스카이트로 태양전지 셀을 설계 제작했고, 로잔공대는 이온 결합 설계와 분석을 맡았다.
연구팀은 미국 뉴포트사의 페로브스카이트 태양전지 공인 세계 기록 인증도 확보했다.
김진영 교수는 “포메이트 크기가 음이온과 비슷하다는 점에 착안, 아이오딘 또는 브롬 이온만을 음이온 자리에 쓸 수 있다는 고정관념을 깼다”면서 “페로브스카이트 기반 광전소자 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합한 규칙적 입체 구조를 갖는 물질로, 합성이 쉽고 비용도 저렴하다. 페로브스카이트 태양전지가 태양광발전 단가를 획기적으로 낮출 것으로 기대되는 이유다.
그러나 아직 효율이 실리콘 태양전지에 못 미치고, 내구성도 떨어진다. 이를 개선하기 위해 이온 조합을 바꿔 효율과 안정성을 높이려는 연구가 활발하다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
