UNIST, 친환경 용매로 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

에탄올 기반 용액 코팅법으로 페로브스카이트 박막 제조 성공
석상일 특훈교수팀, '네이처 에너지'에 논문 게재

독성 용매 대신 친환경 용매를 이용해 고효율 페로브스카이트 태양전지를 만드는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 '네이처 에너지'(Nature Energy)에 18일(현지 시각) 자로 공개됐다.

19일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 석상일 특훈교수팀은 에탄올 기반의 친환경 용매에 '할라이드 페로브스카이트'를 용해해 코팅하는 방법으로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 데 성공했다.

페로브스카이트 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 달리 얇고 가벼운데다 유연하며, 용액 공정으로 값싸게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽힌다.

전하를 만드는 광활성층 물질로 페로브스카이트를 쓴다.

연구팀이 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율은 25% 이상으로, 현재 저독성 용매를 사용한 것 중 가장 높다.

기존 페로브스카이트 태양전지 제조에서는 독성 용매인 '다이메틸폼아마이드'(DMF)를 사용했다.

태양전지에 페로브스카이트를 얇게 코팅하려면 용매에 녹여야 하는데, 다른 친환경 용매에서는 페로브스카이트를 녹일 수 없었기 때문이다.

연구팀은 독성이 없으면서 페로브스카이트를 녹일 수 있는 용매 기반 물질로 에탄올을 선택하고, 페로브스카이트가 에탄올에 잘 녹을 수 있도록 착화합물 구조를 설계했다.

이를 이용해 '에탄올 기반의 페로브스카이트 전구체 용액'을 만들었다.

이 물질은 친수성이라 산화물 전극 위에 잘 발라지며, 코팅 중 2차 처리를 하지 않아도 균일하고 치밀하게 페로브스카이트 박막 제조가 가능하다.

특히 용액을 산화물 전극 기판 위에 떨어뜨려서 젖게 하는 것만으로도 균일한 두께의 대면적 페로브스카이트 코팅 박막을 만들 수 있다.

이 방법으로 제조한 페로브스카이트 태양전지의 효율은 일반적인 스핀 코팅 방법으로 제조한 전지의 효율과 거의 차이가 없었다고 연구팀은 설명했다.

석상일 교수는 "페로브스카이트와 결합해 용해성이 우수한 착화합물을 제조한 게 이번 기술의 핵심"이라고 말했다.

그러면서 "페로브스카이트 태양전지 연구는 그동안 효율과 안정성 향상에 집중했는데, 이제는 독성 용매의 사용을 줄이거나 없애는 상용화 기반 연구가 더 중요한 시점"이라며 "이번 연구는 이 문제를 해결할 출발점"이라고 강조했다.

이번 연구에는 UNIST 윤현성·권형우 연구원이 제1 저자로 참여했다.

연구 수행은 한국연구재단 리더연구자지원사업, 학문균형발전지원사업, 국방과학기술연구소(ADD) 미래도전국방기술사업 등의 지원으로 이뤄졌다.

/연합뉴스