[대학저널 임지연 기자] 전북대학교(이남호) 화학공학부 한윤봉 교수와 왕유셍 박사과정생이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용, 제조할 수 있는 기술을 개발해 세계 학계 주목을 받았다.

이 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 공기에 노출됐을 때 안정성이 매우 좋고 소자 성능이 좋아 수명 역시 기존 태양전지보다 길다는 장점도 있는 것으로 밝혀졌다. 한 교수팀의 이 기술은 에너지 분야 세계적 학술지인 'Nano Energy(IF=12.343)'에 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 능력 등으로 인해 발전효율이 높으며 저가 대량생산이 가능하다. 이에 전 세계적으로 실용화를 연구가 경쟁적으로 진행되고 있다. 그러나 지금까지 보고된 페로브스카이트 태양전지는 공기에 노출되었을 때 전자 수송층(태양광에 의해 광흡수층의 엑시톤(exiton)이 전하와 정공으로 분리돼 생성된 전자가 전극쪽으로 원활하게 이동돼 전류를 생성해주는 층)의 광촉매 현상과 수분에 의한 페로브스카이트 물질의 분해로 인해 수명이 현저하게 단축되는 문제점을 갖고 있었다.

한 교수팀은 이런 문제를 해결하기 위해 산화니켈(NiO) 나노입자와 페로브스카이트를 하이브리드한 나노복합소재를 처음으로 개발했다. 그리고 그 결과를 지난해 '나노 에너지'에 게재한 바 있다.

이번에 개발한 기술은 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용, 모든 공정을 용액상태로 대기 중에서 진행해 페로브스카이트 태양전지를 제조한 것이다. 그 결과 20일 후면 소자가 안정화되며 210일 이상 지나도 태양전지 성능이 90퍼센트 이상 유지되는 성과를 얻었다. 이는 소자 구조에 적용한 금속산화물 계면층이 페로브스카이트 결정성을 좋게 하고, 페로브스카이트 물질의 분해를 억제함과 동시에 전자-정공 재결합을 억제시키기 때문이라고 밝혔다.

한윤봉 교수는 "이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 실용화에 걸림돌이 되고 있는 문제점들을 개선한 것"이라며 "저렴한 가격으로 성능이 좋은 태양전지를 상용화하는 데 한 걸음 다가선 연구로 의미를 갖는다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 미래창조과학부가 주관하는 중견연구자지원사업과 BK21플로스 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

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