[뉴스웍스=문병도 기자] 박병우 서울대 재료공학부 교수 연구팀은 방향족 아민계 유기물인 1,2,4-트라이아졸을 이용해 페로브스카이트 태양전지의 성능과 수명을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 낮은 공정 단가로 인해 차세대 태양전지로 주목 받았다.

페로브스카이트 소재는 유무기 구조로 되어 있으며 수분, 열, 빛 등 외부의 자연적 자극에 쉽게 반응하는 특성을 갖고 있다.

때문에 실제 소재를 응용한 소자를 외부 환경에서 작동할 경우 낮은 수명이 문제점으로 지적돼 왔다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 안정적이고 효율적인 다량의 아민을 포함하는 방향족 유기물에 착안했다.

이러한 유기물 중 하나인 1,2,4-트라이아졸을 페로브스카이트에 합금하면, 광학적 특성과 전기적 특성이 향상된다.

연구팀은 재료 내 결함 농도가 줄고 결함의 위치가 밴드 내부에서 얕아지는 것을 관찰했다.

그 결과 20.9%의 향상된 광전효율을 달성했으며, 85℃와 85% 상대습도의 극한의 환경에서도 기존 소자 대비 2배 이상 향상된 높은 소자 수명을 구현해내는 데 성공했다.

연구팀은 이번 연구로 페로브스카이트의 소재 안전성을 향상시켰으며, 동시에 방향족 유기물의 고유 특성을 활용하고 1,2,4-트라이아졸의 양을 최적화함으로써 이상적인 소재 및 소자를 구현했다.

박병우 교수는 “다량의 아민을 포함하고 있는 1,2,4-트라이아졸 방향족 유기물은 기존에 보고된 유기물의 높은 외부 반응성을 줄이는 핵심 기술”이라며, “페로브스카이트 소재 내부의 결함 및 구조 제어를 통한 성능 및 수명 향상 연구의 단초가 될 것”이라고 설명했다.

김진현 박사가 주저자로 참여한 본 연구는 2018년 9월 에너지기술 평가원의 신재생에너지 사업과제로 연구 지원을 받아 진행된 이번 연구결과는 세계적으로도 주목받아 에너지 재료 분야의 국제학술지 ‘어드밴스드 평셔널 머티리얼스’ 표지 논문으로 게재됐다.