
경북대학교(총장 허영우) 신소재공학과 이상욱 교수 연구팀이 차세대 태양전지 기술 상용화를 앞당길 중요한 성과를 거뒀다.
고려대 김동회 교수팀, 성균관대 박지상 교수팀과의 공동 연구를 통해 리튬염을 활용한 결함 제어 기술을 개발, '올-페로브스카이트(All-perovskite) 탠덤 태양전지'의 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 데 성공했다.
페로브스카이트 태양전지는 얇고 유연하며 생산비가 낮고 높은 효율을 자랑해 기존 실리콘 태양전지를 대체할 유력 후보로 주목받고 있다. 특히 서로 다른 파장의 빛을 흡수할 수 있는 두 개의 페로브스카이트 층을 조합한 '올-페로브스카이트 탠덤 태양전지'는 기존 단일 접합 태양전지보다 더 높은 효율을 낼 수 있어, 우주용 태양전지 등 다양한 응용 분야에서 활용 가능성이 기대된다.
하지만 하부 셀에 사용되는 주석-납 혼합 페로브스카이트 층은 소재 내 결함이 많고 산화에 취약해 상용화에 큰 장애물이 되어왔다. 이에 연구팀은 '리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드(Li-TFSI)'라는 리튬염을 활용해 소재의 표면과 내부 결함을 동시에 비활성화(passivation)하는 기술을 개발했다.
구체적으로, 리튬 이온(Li⁺)이 내부 결함을 보완하고, TFSI⁻ 이온이 표면 결함을 제거해 전하 재결합을 억제함으로써 전력 변환 효율을 27.47%까지 끌어올렸다. 또한 표면에 남은 TFSI⁻ 이온이 산화로부터 소재를 보호해 장기 안정성도 대폭 향상됐다.
이상욱 교수는 "리튬염을 활용해 페로브스카이트 탠덤 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 향상시키는 데 성공했다"며 "이번 연구가 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 한층 더 높이는 계기가 될 것"이라고 강조했다.
이번 연구의 제1저자는 윤영훈 박사(2022년 8월 경북대 졸업, 현 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지연구소 연구원)이며, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ▷미래유망융합기술파이오니어 사업 ▷단계도약형 탄소중립기술개발 사업 ▷나노소재기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 국제저명학술지 '인포맷(InfoMat)'의 표지논문(Inside front cover)으로 지난 14일에 발표됐다.



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