건물 일체형 전지 등 실현
미래창조과학부는 광주과학기술원 이광희 교수 연구팀이 차세대 신재생에너지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 크게 만들어도 효율이 떨어지지 않게 하는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.
쉽게 만들 수 있으면서도 태양광에너지로부터 전기에너지를 얻어내는 효율이 높다는 장점 때문에 페로브스카이트 태양전지는 전세계에서 연구개발이 이어지고 있다.
많은 태양광에너지를 얻기 위해서는 태양전지를 크게 만들어야 하지만 페로브스카이트 태양전지는 크기가 커질수록 효율이 급격하게 감소하는 문제가 있었다.
연구팀은 큰 효율 저하 없이 기존 1㎠의 소면적 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 크게 제작하는데 성공했다.
대면적의 페로브스카이트 태양전지가 효율이 급격하게 감소되는 이유는 페로브스카이트 필름 형성 시 전체 면적을 덮지 못하며, 곳곳에 발생하는 핀홀 등의 결함 때문이다.
이러한 결함은 페로브스카이트 전구체 용액이 유기전하수송층 위에 코팅될 때 발생하는 발수현상에 의해 표면에 군데군데 빈공간이 생기는 현상에 기인한다. 페로브스카이트 필름의 품질 저하를 최소화하기 위해서는 이러한 결함을 없앨 수 있는 기술 개발이 필요하다.
연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 효율을 저하시키는 발수 현상을 해결하기 위해 공액 고분자 전해질을 유기전하수송층 위에 계면 상용화제로 코팅하고 그 위에 페로브스카이트 필름을 형성했다.
공액 고분자 전해질은 양친성을 가져 친수성의 페로브스카이트 전구체 용액과 소수성의 유기전하수송층 사이의 발수현상을 해결한다.
그 결과 페로브스카이트 전구체 용액의 젖음성을 획기적으로 증가시켜 넓은 면적에서도 고품질의 페로브스카이트 박막을 얻을 수 있게 해준다.
이러한 양친성 고분자 계면 상용화제 기술은 어떠한 유기전하수송층 위에서도 효과적으로 젖음성을 개선시켜줘 고품질의 대면적 페로브스카이트 박막을 전하수송층 및 기판의 종류에 상관없이 제작 가능하게 한다.
2배 이상 늘어난 태양전지 효율을 통해 건물 옥외 및 창문에 적용 가능할 것으로 기대된다. 또한 고전력 생산을 위한 페로브스카이트 태양전지 상용화에 큰 역할을 할 전망이다.
이광희 교수는 “이 연구는 고성능의 대면적 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발한 것”이라며 “저비용 용액공정을 통해 큰 면적으로 제작이 가능하기 때문에 반투명 빌딩 유리 태양전지 패널과 같은 건물 일체형 태양전지 등에 적용할 수 있다”고 설명했다.
