페로브스카이트 양자점 태양전지 효율 13.4%에서 14.1%로 올렸다

2020.07.14 17:54
왼쪽부터 김영훈 DGIST 선임연구원과 고민재 한양대 화학공학과 교수. DGIST 제공
왼쪽부터 김영훈 DGIST 선임연구원과 고민재 한양대 화학공학과 교수. DGIST 제공

국내 연구팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능과 안정성을 높이는 데 성공했다. 페로브스카이트 양자점 태양전지는 빛을 전기에너지로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 가져 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 페로브스카이트 태양전지보다 공정이 간단하고 이론상 성능도 더 좋다는 게 연구팀의 설명이다. 


대구경북과학기술원(DGIST)은 김영훈 에너지융합연구부 선임연구원과 고민재 한양대 화학공학과 교수팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 태양광을 전기에너지로 바꾸는 효율을 기존 13.4%에서 14.1%까지 끌어올렸다고 14일 밝혔다.


페로브스카이트 소재는 부도체, 반도체, 도체의 성질과 초전도현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물로 용액 공정이 간단하고 전기전도성이 높다. 최근 양자점을 이용한 태양전지 연구가 활발한 가운데 김영훈 선임연구원은 “페로브스카이트 양자점 태양전지는 페로브스카이트 태양전지에 비해 공정이 덜 필요하고 이론적으로 성능이 더 높다”며 “하지만 아직 실제 성능으로 증명되지 않았다”고 설명했다.


연구팀은 ‘페네실라노뮴 리간드’를 이용해 성능을 끌어올렸다. 기존에는 페로브스카이트 양자점 태양전지 개발에 ‘포르마미디늄’이라는 리간드가 사용됐다. 리간드는 수용체와 같은 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 뜻하는 용어다. 포르마미디늄 리간드는 물과 잘 결합하는 친수성을 가져 공기 중 수분이 많을 경우 성능이 떨어지는 문제점이 발생한다. 반면 페네실라노뮴 리간드는 물분자와 잘 결합하지 않는다. 


연구팀은 페네실라모늄 리간드를 페로브스카이트 양자점 태양전지에 흡착시켰다. 그 결과 태양광을 전기에너지로 바꾸는 효율을 13.4%에서 14.1%까지 끌어올리는 데 성공했다. 약 15일 간 실제 외부환경과 같은 조건인 상대습도 20~25%에서도 효율을 90% 이상 유지했다. 


김 선임연구원은 “페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있음을 밝혔다”며 “차세대 페로브스카이트 양자점 태양전지 개발과 실용화에 도움이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지’ 지난달 15일자 온라인판에 발표됐다. 
 

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