[뉴스웍스=문병도 기자] 김진영 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀이 김동석 한국에너지기술연구원 박사 연구팀, 스위스 로잔공대 연구팀 등과 함께 태양광을 전기로 바꾸는 효율을 25.6%로 향상시킨 '페로브스카이트 태양전지'를 개발했다.

논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 중 최고 수준이다. 이전까지 가장 높은 효율은 25.2%였다.

페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지보다 제조가 간편하고 저렴해 태양광 발전 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 차세대 전지다.

페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체구조를 갖는 물질로, 태양전지의 광활성층에 쓰인다. 상용 태양전지에 비해 효율이 낮고, 내구성이 떨어지는 한계가 있어 이를 개선하기 위해 양이온 조합 등을 바꿔 효율과 물질 안정성을 높이는 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

연구팀은 페로브스카이트를 이루는 음이온 일부를 '포메이트' 물질로 교체하는 방식으로 효율과 내구성을 높였다.

포메이트는 금속 양이온과 상호 작용해 결합력을 강화시켜 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적인 입체 구조가 단단히 성장하도록 돕는다는 사실을 연구팀은 밝혀냈다.

포메이트를 첨가한 페로브스카이트 태양전지는 첨가하지 않은 전지에 비해 효율이 10% 이상 향상됐다. 포메이트는 페로브스카이트 박막의 입자 크기를 키우고, 수직성장을 도와 결정성을 높이는 데 역할을 한다.

연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지는 미국 공인인증기관로부터 25.2%의 전력변환 효율 인증을 받았다.

김진영 UNIST 교수는 "포메이트가 페로브스카이트 결정 내 음이온 자리에서 주위 원소들과 상호작용할 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다는 점에서 의미가 크다"며 "차세대 태양전지 소재로 활용돼 디스플레이 발광소자나 센서 등에 널리 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '네이처' 지난 5일자에 실렸다.