연구성과

화공 박태호 교수팀, 고소한 호두향으로 태양전지 만든다

2017-09-25340

[고안정-고효율 페로브스카이트 태양전지 친환경 공정 가능 물질 개발]

페로브스카이트는 빛을 잘 흡수해 전하를 만들어 내는 물질이다. 페로브스카이트 태양전지는 햇빛을 받으면 전자와 정공을 형성하게 되고, 정공을 전극에 빨리 전달하기 위해서는 정공 전달층이 필요하다. 프린트나 코팅 등 이후 공정을 위해선 먼저 정공 전달층에 쓰이는 유기 재료를 녹여 액체로 만드는 것부터 시작해야 하는데 친환경 물질에는 잘 녹지 않아서 그동안 클로로벤젠이라는 독성 물질을 사용했다. 실험자의 건강은 물론, 이 기술이 대량 생산이 될 때 노동자의 건강에도 악영향을 미칠 수 있었다. POSTECH 연구팀은 정공 전달 물질에 비대칭 구조를 도입해 호두향이 나는 친환경 식품첨가제(2-methylanisole)에 대한 용해도를 향상 시키고, 이를 통한 친환경 공정으로 페로브스카이트 태양전지를 만들어냈다.

화학공학과 통합과정 이준우씨, 박사 후 연구원 Mahdi Malekshahi Byranvand씨와 박태호 교수는 친환경 공정이 가능하고, 안정적이며 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지를 위한 정공 전달 물질을 개발하는데 성공했다. 이 연구는 화학분야 권위지인 미국화학회 저널(Journal of the American Chemical Society) 온라인판을 통해 발표됐다.

페로브스카이트는 실리콘과 달리 얇고 저렴한 공정으로 만들 수 있기 때문에 다양한 곳에 활용할 수 있어서 미래 태양전지 기술로 각광받고 있다. 더 효율적이고 더 안정적인 페로브스카이트 개발에 전 세계의 많은 연구가 경쟁적으로 이어지고 있는 가운데 연구팀은 친환경 공정이 가능함을 확인한데 이어 효율성과 안정성까지 높였다.

연구팀은 페로브스카이트의 효율성을 높이기 위해 정공 전달층의 모양에도 주목했다. 전하를 빨리 이동시키기 위해 기존에는 첨가제를 사용해 효율을 높였다. 첨가제를 넣으면 일시적으로는 효율이 높아지지만 시간이 지나면서 효율이 떨어져 전체적으로 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 연구팀은 단분자를 연결 시켜서 긴 사슬로 만들어, 첨가제를 넣지 않고도 고분자 효율을 18.3% 높였고 시간이 지나도 효율감소가 적어 안정성까지 확보했다. 지금까지 보고된 고분자 정공 전달 물질 중 최고 효율이다.

연구를 이끈 이준우씨는 “광전기적 특성의 변화 없이 용해도를 대폭 향상 시켰고 새롭게 설계된 정공 전달 물질로 효율도 높인 만큼 전도성 고분자 산업에 큰 영향을 줄 것”이라며 기대감을 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구사업, 미래창조과학부의 글로벌 프런티어 사업 ‘나노기반소프트일렉트로닉스 연구단’의 지원으로 수행됐다.