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▲ 서울대 기계항공공학부 최만수 교수팀 (왼쪽부터 최만수 교수, 안남영 박사과정, 곽귀성 박사과정)

최근 각광받는 플렉서블 기기와 웨어러블 기기에 응용 가능한 차세대 고효율 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 공대(학장 이건우)는 기계항공공학부 최만수 교수와 안남영∙곽귀성 박사과정 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 내구성 저하에 대한 핵심 메커니즘을 최초로 규명하는 동시에 20%의 고효율 및 고안정성 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 10일 밝혔다.

페브로스카이트는 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특이한 구조의 결정구조 물질로 에너지 변환효율이 높아 차세대 태양전지로 떠오르고 있다. 그러나 대기 조건에서 내구성이 부족한 페브로스카이트의 단점 때문에 상용화에 큰 걸림돌이 되어 왔다.

이에 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 빠른 열화현상이 소자 내부의 계면이나 페로브스카이트 층 내부의 갇힌 전하에 의해 발생한다는 점을 검증해 내구성을 향상시킬 방안을 제시했다.

나아가 갇힌 전하를 최소화하는 소자 구조를 도입하는 동시에 안정적인 결정 구조를 갖는 페로브스카이트 물질을 합성해 20%의 고효율 고안정성 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발했다.

최만수 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 수명이 감소하는 근본적인 원인을 밝혀냄과 동시에 더 안정적인 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 개발했다는 데 의의가 있다”며, “저비용의 유연하고 가벼운 차세대 페로브스카이트 태양전지를 상용화한다면 기존의 실리콘 태양전지에서는 구현이 불가능했던 플렉서블∙웨어러블 전자기기에도 응용 가능할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부가 지원하는 글로벌프론티어 멀티스케일 에너지시스템 연구단의 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 세계적인 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 11월 10일자로 게재됐다(논문명: Trapped charge driven degradation of perovskite solar cells).