성능 높인 차세대 태양전지 그래핀 전극 개발

충남대 윤순길 교수 "저온 제조 가능…안전성도 향상"

한국연구재단은 윤순길 충남대 교수 연구팀이 성능을 개선한 페로브스카이트 태양전지 그래핀 전극을 개발했다고 5일 밝혔다.

페로브스카이트는 광물인 칼슘티타네이트와 같은 구조를 갖는 화합물을 통틀어 일컫는다.

태양전지에 응용하면 간단한 공정으로도 높은 에너지 효율을 보일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

그래핀은 탄소 원자 한 층으로 이뤄진 이차원 물질이다.

주원료인 흑연(Graphite·그래파이트) 영문 명칭에서 이름이 유래했다.

그래핀은 원료를 고온(500∼900도) 가스 상태로 만들어 얇은 판(박판)에 흡착시키는 방식으로 얻는다.

이후 박판을 제거하고 다른 기판으로 옮기는 '전사'를 거쳐야 하는데, 이 과정에서 특유의 성질(물성)을 다소 잃을 수 있다.

연구팀은 저온(100도 이하)에서 탄소를 타이타늄 버퍼 층에 흡착하는 방식으로 대면적 그래핀을 성장시켰다.

이 방식의 경우 별도의 기판으로 옮기는 전사 과정을 생략할 수 있어서 물성 저하를 막을 수 있다.

실제 연구팀 그래핀으로 제조한 페로브스카이트 태양전지는 전사 공정을 통한 것과 비교해 효율 14.2％·투명도 26％ 향상 성능을 보였다.

유연성 측면에서도 기존 방식보다 7％ 개선됐다.

윤순길 교수는 "무전사·저온 공정에서 대면적으로 증가한 그래핀을 페로브스카이트 태양전지에 전극으로 활용할 수 있다는 뜻"이라며 "장기 안정성을 구현할 수 있어서 기존 실리콘 태양전지 대체 가능성을 높일 수 있다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy) 8월 26일 자에 실렸다.

논문 주 저자는 윤순길 교수, 1 저자는 충남대 트란 반 당 박사과정이다.

/연합뉴스