김동석 UNIST 교수와 이태경 경상국립대 교수 공동 연구팀
25.56% 초기 효율… 1000시간 작동 후 85% 이상 유지
김동석 UNIST 탄소중립대학원 교수팀과 이태경 경상국립대 교수팀이 공동으로 찜솥 같은 환경에서 1000시간을 버틸 수 있는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 25.56%의 높은 초기효율을 나타냈고 85℃, 85% 상대 습도에서 1000시간 작동 후에도 초기효율의 85% 이상을 유지했다.
페로브스카이트 태양전지는 이미 27%의 광전변환효율(PCE)을 기록해 실리콘 태양전지를 넘어섰지만 아직까지 상용화 단계에 이르지 못하고 있다.
그 이유 중 하나가 내열성이다. 태양전지는 고온 및 다습 환경에서 장기간 작동해야 하기 때문에 전지를 보호 필름으로 감싸는 공정이 필요하다.
문제는 실리콘 태양전지와 달리 페로브스카이트 태양전지는 110℃에 이르는 이 공정 온도를 견디지 못한다는 점이다.
공동 연구팀은 공정 첨가제 tBP(4-tert-Butylpyridine)대신 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate)를 사용해 이 같은 문제를 해결했다. 기존 tBP는 전지 효율은 올리지만, 정공수송층 유리전이(액체 상태에 가까워지는 현상) 온도를 80℃ 이하로 떨어트려 전지가 고온을 견디지 못하게 만든다.
에틸렌 카보네이트 첨가 공정으로 만든 전지는 25.56% PCE를 나타냈다. tBP를 쓰지 않은 전지 가운데 세계 최고 수준의 효율이다. 1000시간 작동 후에도 21.7% 효율을 유지했고 100㎠ 면적의 모듈로 제작했을 때도 22.14%의 높은 효율을 보였다.
김동석 교수는 “높은 효율을 유지하면서 고온·고습 환경에서 안정성을 확보할 수 있는 새로운 태양전지 정공수송층 시스템을 개발한 것”이라며 “페로브스카이트 태양전지 실용화를 위한 결정적인 진전을 이뤄냈다”고 말했다.
이번 연구 성과는 '에너지와 환경과학' 4월 7일자에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
