태양전지 효율·수명 높이는 新물질 나왔다

↑ 부산대 진성호 교수

국내연구팀이 태양전지의 광전환 효율과 수명을 높일 수 있는 기술을 개발했다.
한국연구재단은 부산대학교 진성호, 동국대학교 노용영 교수 공동연구팀이 태양전지의 광전환 효율과 수명을 높일 수 있는 새로운 계면 제어 물질을 개발했다고 13일 밝혔다.
계면 제어 물질은 페로브스카이트 및 유기태양전지의 광활성층과 전극 사이에서 전자들의 이동을 제어하는 물질이다. 페로브스카이트 태양전지는 내부에서 발생하는 전자와 홀의 이동속도 차이가 크기 때문에 효율이 급격히 감소하는 문제가 발생했다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 저온공정이 가능한 산화아연(ZnO) 전자 전달체 위에 트리아진 분자와 포스핀 옥사이드를 결합한 새로운 계면 조절 제어 물질을 대기 중에서 박막코팅했다. 그 결과 산화아연의 전자이동도가 약 2배 증가했다.
기존 페로브스카이트 태양전지의 효율 감소 원인이 없어졌고 광활성층과 산화아연층 사이에 계면제어 물질을 도입해 수분과 산소를 차단할 수 있어 소자의 수명이 1.5배 이상 늘어났다.
연구팀은 새롭게 개발한 계면 제어 물질을 PO-TAZ(피오타즈)라고 명명했다. 계면 제어 물질을 사용해 페로브스카이트 태양전지를 만든 결과 광전환 효율이 13.6%에서 16.23%로 향상됐다. 유기태양전지에서도 광전환 효율이 8.55%에서 10.04%로 늘어났다. 연구성과는 에너지·환경 분야의 권위 있는 학술지인 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스’에 지난달 30일 게재됐다.
진성호 교수는 “이번 연구는 비교적 저렴하면서도 간단한 공정으로 장수명 페로브스카이트 및 유기태양전지를 개발한 것”이라며 “향후 차세대 태양전지 및 유기발광다이오드, 유기박막 트랜지스터 등 다양한 유기전자 소자들의 특성 향상 및 수명 향상에 기여할 수 있을 것”이라고 연구의의를 설명했다.
[이영욱 기자]