아주경제 신희강 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 조한익 박사, 광주과학기술원 신소재공학부 김동유 교수 공동연구팀이 고효율의 대면적 유연 페로브스카이트 태양전지를 제작하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

그간 페로브스카이트 태양전지는 대면적-대량생산 등 상용화를 위한 연구는 초기 단계에 머무르고 있었다.

연구팀은 새로운 계면층으로 전기적 전도성, 기계적 유연성, 화학적 안정성을 겸비한 용액분산 그래핀을 도입, 기존 전도성 고분자 기반 소자 대비 약 40% 가량 높은 광전변환효율과 약 3배 높은 소자 수명을 구현했다.

또한 기존 전도성 고분자 대비, 용액분산 그래핀을 기반한 페로브스카이트 박막은 결정의 방향성 및 결정도가 획기적으로 향상된다는 것을 발견했다. 그래핀 자체의 우수한 특성 외에 그래핀과 페로브스카이트의 상호작용이 페로브스카이트 결정 특성 및 전반적인 소자 성능·안정성에 영향을 미친다는 것을 밝혀낸 것.

연구팀은 용액분산 그래핀을 활용해 페로브스카이트 태양전지 소자 제작에 필요한 모든 세부 조건들을 간단한 용액 공정에 그대로 적용했다. 이를 통해 기존 연구용 소자(0.05cm2)보다 200배 큰 10cm2의 대면적 유연 페로브스카이트 태양전지 모듈을 구현했다.

조한익 KIST 탄소융합소재연구센터 박사는 “용액분산 그래핀의 대면적 소자 응용의 첫 성공사례”라며 “이를 통한 저비용/고효율의 대면적 유연 페로브스카이트 태양전지 구현은 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 생각한다”고 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부(장관, 최양희)지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 Elsevier에서 발간하는 나노에너지(Nano Energy, IF: 11.553)에 11월 1일자 온라인 게재되었다. 논문의 제1저자는 박사후 연구원인 여준석 박사이며, 광주과학기술원(김동유 교수)과의 공동연구 결과이다.