고려대, 차세대 태양전지 핵심 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 페로브스카이트 태양전지에서 발생하는 계면 손실을 줄이고 대면적 확장성을 높이는 기술을 개발했다.

(왼쪽부터) 고려대 KU-KIST 융합대학원(겸 융합에너지공학과) 박혜성 교수(교신저자), 고려대 최윤성 박사(공동 제1저자), 고려대 정승온 박사(공동 제1저자). ※사진 제공=고려대

고려대는 박혜성 융합에너지공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 23일 밝혔다. 연구 결과는 국제 저명 학술지(Advanced Energy Materials) 온라인 판에 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 뛰어난 광 흡수율과 전하 이동성을 갖기에 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 특히 진공 증착 방식은 정밀한 공정과 넓은 면적 구현에 유리해 상용화에 적합하다. 하지만 고효율을 위해서는 계면 정렬과 전하 추출 경로 등 소재·계면의 정교한 최적화가 필요하다.

이에 연구팀은 단일 구조의 올리고머 기반 소재인 트라이아릴아민 테트라머(TAA-tetramer)를 합성해 진공 증착 방식의 정공수송층에 적용했다. 이를 통해 분자 간 정렬을 유도해 전하 이동 경로의 에너지 장벽을 낮췄다. 그 결과 준페르미 준위 분리(QFLS)가 향상되며 전압 손실을 줄일 수 있었다.

연구팀이 개발한 정공수송층은 진공 증착 방식으로 제작한 페로브스카이트 태양전지에서 우수한 효율과 안정성을 동시에 구현했다. 대면적 소자와 모듈에서도 성능이 유지됐으며, 장시간 빛에 노출되는 환경에서도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 내열성과 계면 안정성에서 높은 내구성이 확인됐다.

이번 연구는 산업통상자원부·과학기술정보통신부 에너지국제공동연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 박혜성 교수는 “이번 연구는 전 공정 진공 증착 기반 페로브스카이트 태양전지에서 계면 최적화 전략의 실효성을 실험적으로 입증한 성과”라며 “차세대 고안정·고효율 태양전지의 상용화를 위한 기술적 토대를 마련했다는 데 큰 의미가 있다”고 했다.