- 건국대 이만종 교수팀, 습윤환경에서 페로브스카이트 광활성층 제작

반용매세척법을 이용한 페로브스카이트 제작 공정 모식도.[건국대학교 제공]
반용매세척법을 이용한 페로브스카이트 제작 공정 모식도.[건국대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 설비투자 비용을 높이는 주 원인 중 하나인 글로브박스나 습도를 제어한 드라이룸을 활용하지 않고도 페로브스카이트 태양전지 제작이 가능해질 전망이다.

페로브스카이트 태양전지란 실리콘이 아닌 페로브스카이트 물질을 광흡수층으로 사용하는 태양전지로. 최고효율은 25.5%로 실리콘 태양전지에 버금가는데다 간단한 용액법으로 제작할 수 있다. 다만 태양광 입사각에 따른 효율변화가 작지만, 대면적화, 장기안정성, 제조설비 등이 상용화의 과제로 남아있다.

한국연구재단은 건국대학교 화학과 이만종 교수 연구팀이 고효율 페로브스카이트 태양전지를 일반 습윤 대기 환경에서 제작할 수 있는 새로운 반용매 세척법을 개발했다고 6일 밝혔다.

페로브스카이트 전구체 용액의 용매를 제거해 빠른 페로브스카이트 결정화를 유도하는 공정(반용매 세척법)이 널리 이용되지만 엄격히 통제된 조건에서만 이뤄졌다.

높은 습도에서는 전구체 용액이 수분과 결합하면서 고품위 페로브스카이트 결정 형성을 방해하기 때문이다.

연구팀은 습도에 따른 영향을 상쇄하기 위해 서로 상보적인 낮은 증기압 특성과 낮은 끓는점 특성을 갖는 다이부틸에터와 다이에틸에터가 혼합된 반용매로 용매를 제거하는 공정을 개발했다.

기존 용매제거에 쓰이던 클로로벤젠과 다이에틸에터가 습윤환경에서 빠르게 증발, 페로브스카이트 광활성층의 변형이나 스트레스를 초래하던 것을 극복하기 위한 것이다.

습윤환경에서 제작한 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 안정성 [건국대학교 제공]
습윤환경에서 제작한 페로브스카이트 태양전지의 효율 및 안정성 [건국대학교 제공]

실제 이렇게 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 습윤 대기 환경하에서 제작된 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율(22.06%)과 1200시간 후 초기효율의 94% 유지하는 안정성을 나타냈다.

연구팀은 페로브스카이트 박막 제작과정에서 수분과의 반응이 박막 표면에 요철을 발생시키며 이 요철로 인한 전하이동도 저하가 태양전지 효율 감소로 이어지는 것을 규명해 냈다.

이만종 교수는 “엄격히 조절된 환경 제약에서 탈피하여, 습윤 환경조건에서도 고효율 페로브스카이트 태양전지 구현이 가능함을 제시하였다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 에너지소재 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 7월 30일 온라인 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com