고려대, 차세대 태양전지의 새로운 설계 방향을 제시해, 

안전과 효율 두 마리 토끼를 모두 잡다
 

▲ (우측부터) 김진원 구로병원 심혈관센터 교수, 김진혁 박사과정 학생

□ 고려대학교(총장 김동원)가 차세대 에너지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 새로운 소자 설계 방향을 제시했다.
*소자: 장치, 전자 회로 따위의 구성 요소가 되는 낱낱의 부품

□ 이번 연구 결과는 에너지 분야에서 국제적으로 저명한 학술지 ‘Energy & Environmental Science’(인용지수: 32.4)에 지난 7월 23일 게재됐다.

□ 페로브스카이트는 기존 태양전지에 사용되는 실리콘 소재에 비해 얇고 가벼우면서도 안정성과 효율이 우수하다. 또한 제작이 수월해서 태양전지의 소재로 각광받고 있다. 다만, 페로브스카이트가 왜 효율이 높은지에 대한 관련 연구가 아직 부족한 상황이다.

□ 이에 건축사회환경공학부 노준홍 연구팀은 2차원 페로브스카이트 소자의 새로운 설계 방향을 제안하여, 성능 및 안정성 향상 원리를 밝혀냈다. 연구팀은 구성 요소가 명확하게 구분되는 3차원/2차원 페로브스카이트 이중층 구조(이하 이종접합)를 만들어, 2차원 페로브스카이트의 역할을 분석했다.
* 1차원, 2차원, 3차원 각 차원에 따라 소재의 구성 요소가 바뀐다. 예를 들어, 카본 소재는 2차원일 시 흑연, 3차원일 시 다이아몬드로 변한다.

□ 연구 결과, 2차원 페로브스카이트의 일함수를 제어하자 전계 크기와 분포가 변화했다. 이를 통해 연구진은 이종접합에서 2차원 페로브스카이트가 결함(물질 내에서 불완전한 부분)을 치료하고, 전하 운반자(전하를 가지고 자유롭게 움직일 수 있는 입자)의 흐름을 제어할 수 있는 기능이 있음을 밝혀냈다.
*일함수: 진공 중으로 전자(전기와 자기) 한 개가 방출되는 데 필요한 에너지 (단위: 전자볼트(eV))
*전계: 전기를 띤 물체 주위의 공간을 표현하는 전기적 속성.

□ 논문의 교신저자인 노준홍 교수는 “이번 연구로 페로브스카이트 태양전지가 27% 이상 효율을 달성하기 위해서는, 소재와 소자의 융합 연구가 필요함을 보여준다”라고 말했다.

□ 이번 연구는 국방기술진흥연구소, 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 단계도약형 탄소중립기술개발사업, 산업통상자원부 에너지기술평가원 에너지인력양성사업 (유무기복합형 태양전지 에너지혁신연구센터) 등의 지원을 받아 수행되었다.
 

[첨부 1] 

▲ 2차원 페로브스카이트에 따른 내부 전위 크기 및 분포 변화 모식도

[첨부 2] 

▲ 2차원 페로브스카이트 적용에 따른 안정성 측정 결과