국내 연구팀이 할라이드페로브스카이트 소재에 강산화제 물질을 도입해 태양전지 모듈의 에너지 변환효율을 높이는 기술을 개발했다. 이에 따라 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위한 고효율·고안정성의 대면적 태양전지 모듈 제작에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다.
성균관대(총장 신동렬)는 신소재공학부의 정현석 교수(공동 제1저자 준 주 박사과정), 이재찬 교수(공동 제1저자 박슬용 석박사통합과정), 에너지과학과의 안태규 교수 공동 연구팀이 이황화 포름아미딘 이온이 첨가된 페로브스카이트를 이용한 태양전지를 개발해 단위 셀뿐만 아니라 넓은 면적의 태양전지 모듈에서 20% 이상의 우수한 효율을 나타냈다고 4일 밝혔다.
할라이드페로브스카이트는 광 흡수율이 높고 수명이 긴 특성을 보여 차세대 태양전지 소재로 큰 주목을 받고 있다. 하지만 할라이드페로브스카이트에 본질적으로 존재하는 할라이드 공공과 같은 결함은 전자의 국부화를 유도해 비방사성 재조합을 유도하는 결함복합체를 형성해 광여기된 전자와 정공의 수명을 급격히 감소시킨다. 이로 인해 할라이드페로브스카이트의 태양전지 소재로서 뛰어난 특성들이 충분히 활용되지 못했다.
연구팀은 강산화제인 이황화 포름아미딘 이온을 첨가해 페로브스카이트 결함에 국부화된 전자를 제거했다. 이황화 포름아미딘 이온은 강한 산화제로서 다른 물질의 전자들을 빼앗아 산화시키는 성질을 갖고 있으며 페로브스카이트 내에서도 요오드 공공에 국부화된 전자를 제거했다.
연구팀은 이황화 포름아미딘 이온이 페로브스카이트 구조에 안정적으로 통합되며 요오드 공공의 국부화된 전자를 빼앗아 비방사성 재조합 중심이 되는 결함복합체의 형성을 효과적으로 억제하는 것을 제일원리계산을 통해 밝혔다. 이를 바탕으로 제작된 페로브스카이트 소재에서 광여기된 전자와 정공의 수명이 향상되는 것을 실험적으로 입증했다. 이황화 포름아미딘 이온은 페로브스카이트 소재 합성 과정 중 전구체들이 중간상을 형성하도록 유도해 제작된 페로브스카이트의 결정성과 결정립계의 크기를 개선해 소재의 특성과 안정성을 더욱 향상시키는 것을 확인했다.
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