페로브스카이트 태양전지 성능저하 원인 찾았다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 차세대 에너지 소자로 주목받는 페로브스카이트 태양전지가 열에 의해 성능이 낮아지는 원인을 찾았다. 온도상승에 따른 구조변화를 실시간 관찰해 나온 결과로 태양전지의 기초 물성 연구와 에너지·전자소자 성능 개선에 활용할 수 있다.

한국기초과학지원연구원은 정희석 전주센터 박사 연구팀이 나석인 전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 교수 연구팀과 공동연구로 이 같은 연구결과를 내놨다고 13일 밝혔다.

온도 상승에 따른 조성별 페로브스카이트 태양전지의 구조변화 관찰 이미지.<자료=한국기초과학지원연구원>

전력변환효율은 빛에너지, 열에너지와 같은 다른 형태의 에너지를 바꿔 얻을 수 있는 전기에너지의 비율을 의미한다. 페로브스카이트 태양전지의 효율(25%)이 실리콘 태양전지(17%) 효율 보다 높다.

하지만 페로브스카이트 태양전지는 열에 취약해 상용화에 한계가 있었다. 페로브스카이트 태양전지의 박막 제조에 가열공정이 필요하고, 태양전지 소자로 활용하려면 고온 환경에 노출해야 했기 때문이다.

연구팀은 온도 상승에 따른 열분해 등 화학 구조변화를 관찰하기 위해 최고 0.1nm(나노미터) 수준에서 원자의 배열까지 관찰할 수 있는 실시간 수차보정 투과전자현미경을 이용했다. 이 장비를 통해 페로브스카이트 태양전지 온도 상승에 따라 내부에 공극이 만들어지거나, 원소가 이동하는 등 소자의 성능 저하 원인을 실시간으로 분석했다.

나석인 전북대 교수는 “현미경을 통해 페로브스카이트의 열분해 메커니즘을 알아내 앞으로 내구성이 높은 페로브스카이트 태양전지 설계와 제조를 위한 실마리를 제공한 것”이라고 말했다.

정희석 기초지원연 박사는 “실시간 수차보정 투과전자현미경이 페로브스카이트의 성능 저하 원인을 나노단위에서 실시간으로 분석하는 데 중요한 역할을 했다”며 “기초지원연이 보유한 첨단연구장비와 연구인력이 국가적으로 중요한 난제 해결에 기여할 수 있을 것”이라고 강조했다.

연구결과는 나노분야 국제 학술지 ‘나노에너지(Nano Energy)’ 온라인판에 게재됐다.