차세대 태양광 소재 ‘페로브스카이트’ 납 없이 안전하게 만든다

2019.07.23 12:00
합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 투과전자현미경(TEM) 영상(큰 사진)과, TEM을 응용해 결정구조를 확인하는 기술인 제한시야전자회절(SAED) 패턴 이미지다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm다. KIST 제공
합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 투과전자현미경(TEM) 영상(큰 사진)과, TEM을 응용해 결정구조를 확인하는 기술인 제한시야전자회절(SAED) 패턴 이미지다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm다. KIST 제공

효율 높은 차세대 태양전지와 선명한 미래 디스플레이, 레이저 및 조명 등 분야에 널리 활용될 것으로 기대되는 신소재인 ‘페로브스카이트’를 보다 친환경적으로 제조할 수 있는 원천기술을 국내 연구팀이 개발했다.


한국과학기술연구원(KIST)은 문병준, 이승민 KIST 기능성복합소재연구센터 연구원과 김태욱 센터장, 김상진 삼성전자 연구원, 이상현 전남대 교수팀이 인체에 유해한 납을 사용하지 않는 새로운 페로브스카이트 제조 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.


페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말로, 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어 주목 받고 있다. 선명한 색 재현성을 보이고 제조 공정이 간단히 차세대 디스플레이, 레이저 및 조명 등 분야에 사용될 것으로 기대된다. 가장 촉망 받는 분야는 태양전지로, 가볍고 효율이 좋으면서 효율도 가파르게 상승하고 있어 곧 기존 실리콘 태양전지의 효율을 넘어설 것으로 기대되고 있다. 하지만 제조 과정에서 나노 구조체의 성능 극대화를 위해 유독한 중금속인 납을 사용한다는 게 그 동안 치명적인 단점으로 꼽혀 왔다. 


연구팀은 납 대신 희토류 원소인 이터븀을 이용해 균일하고 품질이 좋으면서 독성이 적은 페로브스카이트 나노소재를 합성하는 데 성공했다. 세슘탄산염을 혼합 유기용매에 섞어 분산시킨 뒤 가열하고 요오드화이터븀을 빠르게 소량 주입하는 공정으로, 이렇게 만든 소자는 색 순도가 높고 발광효율이 좋았다. 연구팀이 이 소재를 이용해 빛 검출기 소자를 제작해 성능을 분석한 결과, 빛에 반응하는 성질이 뛰어나다는 사실도 확인했다.


이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입해 다양한 응용연구가 가능해졌을 뿐만 아니라, 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다. 연구팀은 합성 및 정제 공정을 최적화해 보다 안정적인 소재를 만들 계획이다.


연구 결과는 재료화학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 6월 23일자에 발표됐다.
 

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