전북대학교는 나석인 교수·권성남 유연인쇄전자전문대학원 연구교수로 구성된 연구팀이 대구경북과학기술원(DGIST), 성균관대학교와의 공동 연구로 페로브스카이트 태양전지 모듈의 성능과 대면적 공정 확장성을 동시에 향상시키는 친환경 콜로이드 잉크 설계 전략을 제시해 주목을 받고 있다고 13일 밝혔다.
이번 연구에는 전북대 유연인쇄전자전문대학원에서 박사학위를 받은 상레이 수휠 DGIST 박사와 김대환 박사, 조새벽 성균관대학교 교수가 참여했다. 연구성과는 에너지 소재 분야 세계적 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼' 최신 호에 게재됐다.
페로브스카이트 태양전지는 높은 광전변환효율과 낮은 제조 비용으로 차세대 광전소자로 주목받고 있다. 하지만 대면적에서 균일한 박막 형성이 어렵고 공정 과정에서 독성이 높은 N, N-디메틸포름아마이드(DMF)와 같은 용매에 의존해야 한다는 한계로 상용화에 제약이 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 디메틸설폭사이드(DMSO) 기반 잉크 시스템에 기능성 첨가제인 아이오도벤젠(Iodo)을 도입, 고독성 DMF를 완전히 배제한 친환경 콜로이드 잉크를 개발했다. 슬롯다이 코팅 공정에서 결정화 동역학과 고상화 과정을 정밀하게 제어할 수 있는 기반을 마련했다.
실제 실험 결과 DMF-free DMSO 기반 페로브스카이트 시스템에서 보고된 최고 수준인 22.3%의 광전변환효율(PCE)을 달성했다. 대면적 공정에서도 우수한 성능을 입증해 2.7㎠ 및 31.50㎠ 면적의 슬롯다이 코팅 모듈에서 각각 21%와 19.5%의 효율을 기록했다.
나석인 교수는 “이번 연구는 콜로이드 잉크 설계와 고상화 동역학 제어로 고효율과 환경친화성을 동시에 확보하면서도, 대면적 공정에서 균일한 고품질 박막 형성이 가능함을 입증했다는 점에서 의미가 크다”며 “페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는 데 중요한 전기가 될 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단(중견연구, 기초연구실), 한국전력공사, 과학기술정보통신부 이노코어(InnoCORE) 프로그램의 지원을 받아 수행했다.
전주=김한식 기자 hskim@etnews.com
