경북대학교는 이상욱 신소재공학과 교수팀이 김동회 고려대 교수팀, 박지상 성균관대 교수팀과의 공동 연구를 통해 리튬염을 이용한 결함 제어를 통해 차세대 에너지 기술로 손꼽히는 '올-페로브스카이트(All-perovskite) 탠덤 태양전지'의 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 얇고 유연하며 생산 비용이 낮은 데다 높은 효율을 낼 수 있어 기존 실리콘 태양전지를 대체할 유력한 차세대 기술로 평가받고 있다. 특히, 서로 다른 파장의 빛을 흡수할 수 있는 두 개의 페로브스카이트 층을 결합한 '올-페로브스카이트 탠덤 태양전지'는 기존 단일 접합 태양전지에 비해 더 높은 효율을 낼 수 있어 웨어러블 기기와 우주 태양전지 등 다양한 응용분야에서의 활용이 기대된다. 하지만 하부 셀에 사용되는 주석-납 혼합 페로브스카이트 층은 소재 내 결함이 많고 산화에 취약해, 상용화의 큰 걸림돌로 작용해왔다.
연구팀은 '리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(Li-TFSI)'라는 리튬염을 활용해 주석-납 혼합 페로브스카이트 소재의 표면과 내부에 존재하는 결함을 동시에 비활성화하면서 에너지 손실을 줄이고 성능을 극대화하는 기술을 개발했다.
리튬 이온이 내부 결함을 보완하고, 'TFSI⁻' 이온은 표면 결함을 제거해 전하 재결합을 억제함으로써 '올-페로브스카이트 탠덤 태양전지'의 전력변환효율을 27.47%까지 끌어올렸다. 또 표면에 남은 'TFSI-' 이온은 산화로부터 소재를 보호해 장기 안정성도 크게 향상됐다.
이상욱 교수는 “리튬염을 활용해 페로브스카이트 탠덤 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 향상시키는 데 성공하며, 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 한층 더 높였다.”라고 밝혔다.
이번 연구의 제1저자는 윤영훈 박사(2022년 8월 경북대 졸업, 현 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지연구소 연구원)이며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어 사업, 단계도약형 탄소중립기술개발 사업, 나노소재기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제저명학술지인 '인포맷(InfoMat)'의 표지논문(Inside front cover)으로 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
