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韓 개발 '페로브스카이트 태양전지', 세계 최고 에너지 효율 달성

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UNIST·에기연 공동 연구성과… 사이언스 게재
빛→전기 변환 효율 24.82%… 핵심은 수분 차단

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연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지./UNIST 제공

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국내 연구진이 ‘페로브스카이트’ 소재를 활용한 차세대 태양전지의 성능을 개선해 전세계 역대 최고 에너지 전환 효율을 달성했다.

울산과학기술원(UNIST)과 한국에너지기술연구원 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지용 ‘유기 정공 수송층 물질’을 개발해 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’에 25일 발표했다.

페로브스카이트는 서로 다른 두 양이온과 하나의 양이온이 1:1:3의 비율로 결합한 격자 구조의 물질 종류를 말한다. 이 물질을 활용한 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 효율인 에너지 전환 효율이 20%를 넘는다. 다른 종류의 태양전지들이 10% 내외의 효율을 보이는 것과 비교해 차세대 고효율 태양전지로 주목받고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 수분에 취약하다는 단점이 있다. 태양전지의 효율을 높이기 위해 첨가하는 물질들이 대부분 물기를 흡수하는 성질을 가지고 있어, 공기중의 물기를 흡수해 태양전지의 내구성을 떨어뜨린다. 아직 이를 제대로 해결한 사례가 없는 가운데, 최고 효율은 23.44%로 기록돼왔다.

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흡습성이 있어 태양전지 내구성 저하의 주된 원인이 되는 정공 수송층 물질(왼쪽)과 이것의 구조를 바꿔 흡습성을 없앤 새로운 물질(가운데·오른쪽)./UNIST 제공

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연구팀은 첨가물에 들어있는 수소를 플루오린(불소)으로 바꿔 흡습성을 없애면서도 기존 양전하(정공) 운반 기능을 수행할 수 있는 ‘유기 정공 수송층 물질’을 개발했다. 연구팀의 측정 결과 24.82%, 공인인증으로는 24.62%의 에너지 전환 효율을 보였다. 또 습한 환경에서 500시간 동안 작동시켜도 처음(100%) 대비 87%의 성능을 유지하며 기존 태양전지(40%)보다 높은 내구성을 보였다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 단점을 극복함으로써 상용화가 빨라질 것으로 기대했다. 양창덕 UNIST 에너지화학공학과 교수는 "수분에 대한 안정성과 에너지 효율을 동시에 높이기 어려웠던 문제를 해결했다"고 연구 의의를 설명했다.

김윤수 기자(kysme@chosunbiz.com)

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