비정질 '페로브스카이트' 태양전지 개발했다

이만종 건국대 연구팀...주석아연산화물 활용

한국연구재단은 이만종 건국대학교 교수 연구팀이 비정질 주석아연산화물(Zn2SnO4)을 이용해 고효율, 고신뢰성의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 29일 밝혔다.

페로브스카이트 재료는 매우 높은 광 흡수도를 갖는 물질로 이를 흡수층으로 만든 페로브스카이트 태양전지는 뛰어난 광학적, 전기적 특성을 보여 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

실리콘 태양전지는 제조 공정이 복잡하고 제작 비용이 비싼 반면, 페로브스카이트 태양전지는 원료를 잉크처럼 칠하는 간단한 공정으로 제작할 수 있다.

하지만 태양전지 구성 요소 가운데 전자의 주입을 쉽게 하는 전자 선택층 재료로 주로 사용하는 이산화티타늄은 안정성과 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.

이런 태양전지의 전자 선택층 문제를 개선하기 위해 연구팀은 그동안 사용되지 않았던 비정질 물질인 Zn2SnO4를 전자 선택층으로 사용했다.

비정질 Zn2SnO4의 특성분석. Zn2SnO4의 비정질을 확인했고, 이를 기반으로 태양전지를 제작할 경우 단면(b)의 AFM 측정 결과(c) 비정질 Zn2SnO4가 TiO2 보다 균일하고 평평함을 확인할 수 있다.

그 결과 페로브스카이트 태양전지의 전자 전도성이 향상되고 자외선 영역에서 높은 안정성이 확인됐다. 빛 에너지가 전기에너지로 전환되는 광전변환 효율과 안정성도 향상됐다.

비정질은 고체이면서도 원자 배열이 액체처럼 흩어져 있는 상태의 물질이다. 실험 결과 비정질 Zn2SnO4 기반의 페로브스카이트 태양전지는 광전 변화 효율이 기존 이산화티타늄 기반 태양전지의 17.0%와 비교, 20.02%의 향상된 효율을 나타냈다.

이만종 교수는 “이번에 최초 보고된 비정질 Zn2SnO4는 기존 이산화티타늄보다 신뢰성과 안정성 측면에서 우수하며, 간단한 공정으로 제작이 가능하다는 것을 입증했다”며 “차세대 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작과 실용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구 성과는 에너지 분야 세계적 학술지 'ACS 에너지 레터스' 10월12일 논문으로 출판됐다.