양방향성 양이온, 음이온 계면 엔지니어링 기술 개발

고성능 페로브스카이트 태양전지 선보여

▲  (왼쪽부터) 노준홍 교수, 정민주 박사(공동 제1저자), 전수웅 석사(공동 제1저자), 안재원 석사 (공동 제1저자)

고려대학교(총장 김동원)가 양방향성 양이온, 음이온 계면 엔지니어링 기술을 이용하여 고성능 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.
 

본 연구 성과는 에너지 분야의 저명한 국제학술지인 ‘Joule (피인용지수:38.6)’지에 8월 13일 자로 온라인 게재됐다.
* 논문명 : Designed bi-directional cation/anion interfacial distribution of perovskite solar cells

기존 태양전지에 사용되는 실리콘 소재에 비해 페로브스카이트는 얇고 가벼우면서도 효율과 안정성을 확보할 수 있어 차세대 소재로 주목받고 있다. 다만, 페로브스카이트 태양전지는 이종접합을 기반으로 하기에, 계면 및 박막 내부의 결함들이 존재한다. 이는 태양전지 성능을 저해해서 효과적으로 제어하는 기술이 필수적이다.

고려대 건축사회환경공학부 노준홍 교수 연구팀은 유사 할라이드 첨가제와 페로브스카이트 박막과의 화학적 상호작용을 유도해 고결정성 페로브스카이트 박막을 만들었다. 동시에 해당 박막에 양이온과 음이온의 양방향성 계면 분포를 유도하는 엔지니어링 기술을 개발해 고성능 페로브스카이트 태양전지를 만들어냈다.
* 유사 할라이드: 할로겐 원소(Cl, Br, I)와 비슷한 성질을 가진 화합물을 지칭하며, 할로겐화물과 유사한 화학적 특성을 보이는 물질을 뜻함.

연구팀은 유사 할라이드 첨가제의 금속 양이온과 페로브스카이트 박막 내의 양이온, 음이온의 이동이 다르게 일어나는 것에 착안하여 양방향성 계면 엔지니어링 기술을 개발했다.

연구를 주도한 노준홍 교수는 “기존의 할라이드 기반 첨가제와 페로브스카이트 사이의 상호 화학반응과 양이온과 음아온의 이동에 대해서 밝힌 연구라는 점에서 앞으로 태양전지 기술 개발에 대한 실마리를 제공한다”고 말했다.

본 연구는 산업통상자원부 에너지기술평가원 에너지인력양성사업 (유무기복합형 태양전지 에너지혁신연구센터),과학기술정보통신부 한국연구재단 미래유망융합기술파이오니어 사업 지원을 받아 수행됐다.

[그림 1] 

[그림 1 설명] 양방향성 양이온/음이온 계면 엔지니어링 기술(Designed bi-directional cation/anion interfacial distribution)에 대한 모식도

[그림 2] 

[그림 2 설명] 양방향성 양이온/음이온 계면 엔지니어링을 통해 구현한 소자의 최고 효율 및 구동 안정성 데이터