[대학저널 신효송 기자] 한양대학교 김은규 물리학과 교수가 울산과학기술원(UNIST) 석상일 교수, 한국화학연구원 노준홍 박사와의 공동연구를 통해 세계 최고 효율을 가진 '페로브스카이트(perovskite) 태양전지'를 개발했다.

페로브스카이트 태양전지는 효율이 높고 제조비용이 저렴해 차세대 태양전지 기술로 최근 주목받고 있다. 페로브스카이트는 양이온·음이온·할로겐화물으로 이뤄진 물질이다. 이것을 태양전지에 적용해 전기를 생산하는 장치가 페로브스카이트 태양전지다.

이번 연구의 핵심은 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 낮추는 할로겐화물 제어를 통해 기존 20.0%의 효율을 22.1%로 향상시킨 것이다. 이번 연구성과는 기존 실리콘 태양전지의 절반이하 비용으로도 기존 고가의 태양전지들과 같은 고효율을 구현할 수 있는 기술을 국내 연구진이 만들었다는데 그 의미가 있다.

공동연구팀은 요오드이온 분자 형태제어를 통해 할로겐화물 내부결함을 줄였다. 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용해 광전변환 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다. 이를 통해 미래 태양전지로 주목 받고 있는 저비용·고효율 페로브스카이트 태양전지의 초고효율화 방안을 제시해 조기 상용화에 대한 기대감을 키우고 있다는 평가다.

김 교수를 비롯한 연구진은 "태양전지의 성능은 광전에너지 변환효율을 감소시키는 소재내부의 결함을 줄이는 것이 핵심이다. 이번 연구에서는 요오드 이온의 형태를 제어함으로서 할로겐화물의 결함을 획기적으로 줄일 수 있음을 밝혀냈고 이 기술을 적용해 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 효율을 구현할 수 있었다. 또한 이 결함제어 기술은 향후 광전소자로의 높은 잠재력을 갖은 할로겐화물의 물성을 제어할 수 있는 핵심기술로서 큰 의미가 있다"고 말했다.

한편 이번 연구결과(논문명: Iodide management in formamidinium-lead-halide–based perovskite layers for efficient solar cells)는 세계 최고 권위 학술지인 '사이언스(Science), IF=37.205)' 6월호에 발표됐다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌 프런티어사업(멀티스케일 에너지시스템연구단)과 기후변화대응사업의 지원으로 진행됐다.

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