국내 연구진이 태양전지의 효율과 수명을 동시에 늘릴 수 있는 연구 결과를 내놨다. 효율을 높이면 수명이 짧아지고, 수명을 늘리면 효율이 떨어지는 이른바 ‘태양전지 딜레마’를 해결한 것이다.

KAIST는 서장원 생명화학공학과 석좌교수 연구팀이 한국화학연구원과 공동연구를 통해 페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 높이는 2차원 보호막 설계 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

최근 우주 태양광 발전이 차세대 에너지 기술로 부상하면서 신소재인 페로브스카이트에 대한 관심이 커지고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 ‘페로브스카이트 구조’를 갖는 반도체 물질을 빛 흡수층으로 사용하는 차세대 태양전지로, 기존 실리콘 태양전지보다 생산 비용이 적고 효율은 높은 것이 특징이다. 다만 고온·고습 환경이나 장시간 빛에 노출될 경우 성능이 저하되는 문제가 상용화 한계로 지적됐다.

이를 보완하기 위해 그간 태양전지에는 3차원(3D) 페로브스카이트 결정 위에 2차원(2D) 층을 덧입히는 ‘3D·2D 구조’ 전략이 활용됐다. 이 2차원 층은 표면을 보호하는 얇은 코팅막과 같은 역할을 하지만, 구조가 충분히 견고하지 않을 경우 시간이 지나면서 변형돼 성능이 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 더 튼튼한 2차원 보호막을 도입했다. 새 보호막은 벽돌 사이를 강한 접착제로 고정하듯 유기 분자가 페로브스카이트 층을 양쪽에서 단단히 이어주는 구조로 이뤄져 있다. 덕분에 태양전지가 쉽게 망가지지 않고 오래 성능이 유지될 수 있다. 여기에 보호막 내부 구조를 정밀하게 제어하는 기술도 적용했다.

한채연 기자 chaezip@donga.com

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