국내 연구진, 수명 2배 높인 태양전지 개발

부산대 진성호 교수 연구팀…‘어드밴스트 머티리얼즈’ 표지 논문 게재

국내 연구진이 기존 태양전지보다 수명이 2배 우수한 기술개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 부산대 진성호 교수 연구팀이 차세대 태양전지의 내구성과 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 홀(정공) 전도체 개발에 성공했다고 11일 밝혔다. 홀 전도체는 페로브스카이트와 유기 태양전지에서 (+)전하를 수송하는 물질이다.

페로브스카이트 태양전지와 유기태양전지는 기존의 상용화된 실리콘 태양전지에 비해 간단한 공정으로 제작할 수 있어서 가격이 저렴하고, 휘어지도록 만들 수 있는 데다 최근 효율도 크게 높아져 차세대 태양전지로 각광을 받고 있다.

홀 전도체는 페로브스카이트와 유기 태양전지에서 빛을 받아 형성된 전자(-) 정공(+) 결합 쌍이 분리됐을 때 정공을 전극으로 이동시켜주는 부분이다. 그러나 기존의 홀 전도체는 합성공정이 복잡하고 수분과 산소에 노출되면 쉽게 부식돼 소자의 장기적 안정성에 한계가 있었다.

연구팀은 값이 싼 카바졸, 플로렌과 유사한 물질을 결합시켜서 물과 쉽게 결합하지 않는 트라이페닐아민 유도체를 합성했으며, 그 결과 기존 상용 물질인 홀 전도체보다 수분과 산소에 훨씬 강하며 안정적인 긴 수명의 홀 전도체를 개발했다.

개발된 새로운 홀 전도체를 사용해 페로브스카이트 태양전지를 제작한 결과 에너지변환효율이 기존 16.6%에서 17.21% 수준으로, 유기 태양전지의 경우에도 기존 7.63%보다 우수한 7.85%의 에너지변환효율을 달성했으며 수명 측면에서도 2배 우수한 것으로 증명됐다.

연구에서 개발한 새로운 홀전도체는 페로브스카이트와 유기 태양전지의 난제였던 부식 문제를 해결함으로써 소자의 수명을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.

또한 새로운 홀 전도체는 기존의 상용 홀 전도체 생산단가의 20% 수준으로 향상된 효율의 차세대 태양전지를 양산할 수 있어 경제적 파급효과도 예상된다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 지원으로 차세대 태양전지의 홀 전도체 개발을 위한 연구를 기초연구사업(중견연구자)을 통해 수행했으며, 연구결과는 재료분야의 세계적인 권위지인 어드밴스트 머티리얼즈지 온라인 판 11월30일 자에 내부 표지논문으로 게재됐다.