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재료연구소 '친환경 비스무스 페로브스카이트 태양전지' 개발

이시우 기자 hbjunsa@idomin.com 입력 : 2018-09-04 10:12:49 화     노출 : 2018-09-04 10:13:00 화

재료연구소(소장 이정환·이하 KIMS)가 인체에 해로운 납과 값비싼 귀금속 전극이 필요 없이 대면적이 가능한 '친환경 비스무스 페로브스카이트 태양전지' 개발에 성공했다.

3일 KIMS에 따르면 이번 연구 성과는 KIMS 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 신종문 박사(박사후 연구원)와 송명관 박사 연구팀이 진성호 부산대 교수, 이준희 울산과학기술원 교수 연구팀과 함께 이룬 결과다.

'페로브스카이트'는 사면체·팔면체 또는 입방체의 결정구조를 지닌 물질이다. 구성 원자에 따라 강유전성(Ferroelectrics)과 초전도 현상 같은 우수한 물리적 특성을 보인다. 태양전지에 응용하면 실리콘 태양전지보다 높은 23.3%의 전력 변환 효율이 나온다.

하지만, 기존 페로브스카이트 태양전지는 광 활성층 물질로 효율이 높은 납을 쓰고 있다. 태양전지 셀의 상부 전극으로는 값비싼 귀금속 전극을 주로 사용해왔다. 귀금속 전극은 진공장비를 이용해 증착(금속 혹은 금속 화합물에 열을 가해 증기로 만들어 다른 물체에 붙이는 것)해 써서 넓은 면적(대면적)으로 증착이 어렵고 증착 속도도 느린 단점이 있다.

더불어 태양전지는 빛을 받아 형성된 정공(+)을 전극으로 이동시켜주는 역할을 하는 홀(정공) 전도체를 쓰는데, 이는 에너지 효율을 높이는데 도움이 되지만 수분이나 산소와 만나면 쉽게 부식되는 등 안정성이 낮아 대량 합성이 어렵고 공정이 복잡해 가격도 높다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지 물질이 지닌 기존 문제점인 유해성과 낮은 안정성 해결, 나아가 값싼 재료를 사용해 상업화할 만한 태양전지를 만들고자 했다. 이를 위해 안정성이 떨어지는 홀 전도체 물질을 없애고 광 활성층 밴드 갭(띠틈)을 줄여 효율을 높였다. 또한, 귀금속 전극 대신 상대적으로 가볍고 전도성이 우수한 카본(탄소)으로 대체해 롤투롤(Roll to Roll), 프린팅 공정 등으로 대면적 태양전지를 제작할 수 있게 됐다. 또한, 비스무스 페로브스카이트 소재 구조 변화로 효율을 높이는데도 성공했다.

유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 산업은 기존 실리콘 태양전지보다 낮은 가격, 쉬운 가공, 유연성, 재료 다양성 등과 같은 강점을 지닌다. 이로써 미래의 웨어러블(Wearable), 프린터블(Printable) 태양전지 등 새로운 용도의 유비쿼터스 태양전지를 이끌 강력한 대안 중 하나로 각광받고 있다.

송명관 선임연구원(연구책임자)은 "이 기술로 낮은 단가에 안정적인 태양전지를 만들 수 있게 됐다. 배터리 같은 에너지 저장장치와 접목해 다양한 이동기기의 전원공급장치로 쓸 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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이시우 기자

    • 이시우 기자
  • 직전 자치행정1부(정치부) 도의회.정당 담당 기자로 일하다가 최근 경제부 (옛 창원지역) 대기업/창원상의/중소기업청 경남지역본부/한국산업단지공단 경남지역본부 등을 맡고 있습니다.