고려대, 국내 최고 수준… ‘26.25%’ 높은 효율의

페로브스카이트 태양전지 개발

페로브스카이트의 새로운 표면 공정 기술 제시

▲  Trimming Solvent에 따른 페로브스카이트 상부(위) 및 하부(아래)의 입자 간 층간 간격과 잔여 인장의 변화

고려대학교(총장 김동원) KU-KIST 융합대학원 민한울 교수와 한국화학연구원 소속 강봉주 박사가 페로브스카이트 새로운 표면 공정 기술로 26.25%의 높은 효율을 가진 고성능 태양전지를 개발했다.

본 연구는 저명한 국제 학술지(JCR 상위 0.3%) ‘Energy & Environmental Science’에 지난 9월 5일 게재됐다.

*논문명: Trimming defective perovskite layer surfaces for high-performance solar cells

*논문 URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2024/ee/d4ee03585b#fn1

용액 형태인 페로브스카이트는 고체인 필름 형태로 만드는 과정에서 소재 내부 압력과 결함이 생기게 된다. 이 현상을 변형 응력(Strain-stress)이라 하는데, 변형 응력의 발생은 태양전지 성능과 효율에 부정적인 영향을 끼친다.

공동 연구팀은 이 현상을 해결하고자 용매와 반 용매 혼합물을 활용했다. 연구팀은 혼합물의 비율을 정밀하게 조절한 결과, 페로브스카이트의 상부 50mm의 결함층을 제거할 수 있었다.

이 공정을 통해 제조된 페로브스카이트 태양전지는 표면 형태와 광 흡수 특성을 효과적으로 유지했다. 또한 24 ~ 25% 효율을 보이는 기존 동일 전지에 비해 26.25%의 높은 효율을 보였으며, 한국 에너지기술연구원으로 공식 인증(인증 효율: 25.5%)을 받았다.

공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 상부 표면 결함을 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 제시하면서, 태양전지 효율 한계를 극복할 수 있는 돌파구를 마련했다. 이 기술은 차세대 고효율 태양전지뿐 아니라 다양한 광전 소자 및 반도체 응용 분야에도 활용될 것으로 기대된다.

연구를 주도한 고려대 KU-KIST 민한울 교수는 “이 기술은 차세대 고성능 태양전지의 핵심 기술로 활용될 수 있으며, 페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 다양한 종류의 반도체 물질의 결함 및 내부 인장 제거에도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

[첨부] 

[그림 1] 

[그림 1] 설명: (왼쪽부터) 민한울 교수(교신저자, 고려대), 강봉주 박사(교신저자, 한국화학연구원), 김찬혁(제1저자, 고려대)

[그림 2] 

[그림 2] 설명: 용매와 반용매 혼합물을 사용해 결함과 잔류 인장이 집중된 상부 50nm의 페로브스카이트 층을 제거하는 Trimming Solvent 기법에 대한 모식도

[그림 3] 

[그림 3] 설명 : (왼쪽부터) Trimming 공정기술의 개략도. 용매와 반용매의 비율에 따른 페로브스카이트 두께 분석, 잔여 인장의 변화, 그리고 표면 결함의 변화.

[그림 4] 

[그림 4] 설명 : 태양전지의 성능 및 한국에너지기술 연구원 공인 효율 인증서