GIST 이광희 교수, 태양전지 적용 ‘양친성 고분자 계면 상용화제’ 개발
양친성 고분자 계면 상용화제를 적용하지 않은 페로브스카이트 태양전지(왼쪽)와 적용한 태양전지.한국연구재단 제공
차세대 태양전지 소재인 페로브스카이트는 크기가 커질수록 효율이 급격히 감소한다는 단점이 있었다.
이는 페로브스카이트 필름 형성 시 페로브스카이트 전구체 용액이 유기전하수송층 위에 코팅될 때 발생하는 발수현상으로 핀홀(작은 구멍)이 생기기 때문이다.
발수현상은 물질의 표면이 물을 만났을때 젖지않고 물을 튕겨내는 현상이다.
연구팀은 이 발수현상을 해결하기 위해 공액 고분자 전해질을 유기전하수송층 위에 계면 상용화제로 코팅하고 그 위에 페로브스카이트 필름을 형성했다.
공액 고분자 전해질은 친수성과 소수성 모두를 가져(양친성) 친수성의 페로브스카이트 전구체 용액과 소수성의 유기전하수송층 사이의 발수현상을 해결했다.
그 결과 페로브스카이트 전구체 용액의 젖음성을 획기적으로 증가시켜 넓은 면적에서도 핀홀이 거의 없는 페로브스카이트 박막을 얻을 수 있었다.
연구팀은 이 기술을 적용해 만든 4.6cm×4 cm의 대면적 페로브스카이트 필름을 태양전지 단위 셀 6개를 제작했다.
이 셀들은 평균 16% 이상, 최고 17%의 고효율을 보였다.
이는 연구실 단위 태양전지 효율 검증의 기준으로 적용되는 소면적(0.1 ㎠) 단위소자 효율 19% 대비 90%에 근접하는 성능이며 대면적의 페로브스카이트 태양전지 중 최고 성능이다.
이 기술은 대부분의 유기전하수송층 위에서 효과적으로 젖음성을 개선시켜 고품질의 대면적 페로브스카이트 박막을 제작할 수 있다.
이광희 교수는 “저비용 용액공정을 통해 큰 면적으로 제작이 가능하기 때문에 반투명 빌딩 유리 태양전지 패널과 같은 건물 일체형 태양전지 등에 적용할 수 있다. 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구결과는국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 4월10일자에 게재됐다.
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