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제목 : UNIST 석상일 교수팀, 페로브스카이트 태양전지 기술 개발...세계 최고 효율 4번째 갱신
작성자 관리자  
첨부파일 Iodide management in formamidinium-lead-halide–based perovskite layers for efficient solar cells.pdf(447.15KB), Download : 378
글정보 작성일 : 2017년 07월 03일 10:51 , 읽음 : 289

UNIST 석상일 교수팀-화학연 연구팀,

페로브스카이트 태양전지 기술 개발, 세계 최고 효율 4번째 갱신


UNIST와 한국화학연구원은 세계 최고 효율의 '무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지' 기술을 개발해 '사이언스(Science)' 30일자 온라인판에 발표했다.

이번 연구는 석상일 UNIST 에너지 및 화학공학부 특훈교수(화학연 학연교수)가 주도하고 노준홍 화학연 겸임연구원(고려대 교수), 김은규 한양대 교수가 공동교신저자로 참여했다.

이 기술의 핵심은 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 떨어뜨리는 것으로 알려진 할로겐화물의 결함(defect)을 잡은 것이다.

석상일 교수는 "기존 최고 인증 효율 20.1%를 22.1%로 향상시킬 수 있는 기술"이라며" 미래 태양전지로 주목받는 저비용·고효율 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성을 높였다"고 의미를 강조했다.

페로브스카이트는 양이온과 음이온, 할로겐화물(혹은 산화물)이 독특한 결정 구조를 가진 물질이다. 이런 물질을 태양전지에 적용해 전기를 생산하는 소자가 '무·유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지'다.

이 전지는 값싼 무기물과 유기물을 결합해 쉽게 만들 수 있으며, 광전변환 효율(22% 이상)도 높다. 이 덕분에 기존 실리콘 단결정계 태양전지 수준의 높은 효율(~25%)이 가능한 차세대 태양전지 기술로 최근 크게 주목받고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 박막으로 만든다. 그런데 이 박막이 균일하지 않거나 내부 물질이 불완전하면(결함이 생기면) 태양전지 성능이 떨어지게 된다.

이번 연구에서 석상일 교수팀은 페로브스카이트 구조 중 할로겐화물의 결함을 조절할방법에 초점을 맞췄다.

연구진이 사용하는 페로브스카이트 박막에서는 할로겐화물로 '요오드 이온(I-)'이 쓰인다. 그런데 페로브스카이트 박막을 만드는 공정에서 요오드 이온이 불안전해질 수 있다.

석 교수팀은 요오드 분자(I2)는 일반적인 2개의 요오드 이온(I-) 형태가 아닌 새로운 형태로 만들어 이 문제를 해결했다.

이로써 연구진은 이전 연구성과(구조, 공정, 신조성 기술)에 더해 요오드 이온 분자 형태를 제어할 방법까지 찾아냈다. 이렇게 결함을 줄인 페로브스카이트 태양전지 소자의 에너지 변환효율은 22.1%로 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증됐다.

상용화된 태양전지와 유사한 제조 공정과 효율을 보이며, 훨씬 싸게 만들 수 있는 기술로 평가받은 것이다. 또 이 기술로 만든 1㎠ 면적의 소자도 19.7%라는 세계 최고 효율을 공인받아 대면적화 모듈의 고효율화 가능성을 확인했다.

석상일 교수는 "태양전지의 성능은 태양광에서 전기적 에너지로 변환 손실을 발생시키는 소재 내부의 결함을 줄이는 게 핵심"이라며 "페로브스카이트 태양전지는 할로겐화물을 이용하는데, 이 소재의 결함을 획기적으로 줄이는 방안은 이번 연구로 제시하고 세계 최고 효율을 구현했다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프런티어사업(멀티스케일에너지시스템연구단)과 기후변화대응사업의 지원으로 수행됐다.


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