페로브스카이트 성능·안정성 개선
최근 포스텍(포항공과대학교) 연구팀은 페로브스카이트의 광전효율과 안정성을 동시에 개선할 수 있는 유기스페이서 분자첨가제를 개발했다. 포스텍 화학공학과 조길원 교수, 박사과정 송성원 씨 연구팀은 페로브스카이트 결정에 새로운 유기스페이서 분자첨가제를 도입함으로써 페로브스카이트 수분저항성을 높일 뿐 아니라 결정의 내부결함 농도를 획기적으로 낮추어 고성능·고안정성의 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 에너지 분야에서 세계 최고 수준의 과학저널인 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Material)’의 표지논문으로 최신호에 게재됐다.연구팀은 문제 해결을 위해 유기스페이서 이온을 첨가함으로써 2차원 및 3차원 페로브스카이트가 공존하는 하이브리드 페로브스카이트 광활성층을 개발해냈다. 유기스페이서는 3차원 페로브스카이트 결정의 표면에서 2차원 페로브스카이트 구조를 만드는데, 이러한 구조는 물을 배척하는 성질이 커서 수분에 대한 저항성을 높이는 안정화층 역할을 한다.
또 새롭게 도입한 유기스페이서는 2차원·3차원 페로브스카이트 결정계면의 기계적 응력을 최소화시켜 3차원 페로브스카이트 결정의 핵생성과 성장을 촉진시킬 수 있음을 최초로 발견했다. 이 결과, 광활성층인 3차원 페로브스카이트 결정의 내부결함이 획기적으로 줄어들었다.
연구팀이 개발한 태양전지는 21.3%의 효율을 달성했고, 수분 안전성을 확보해 60%의 상대습도 조건에서 500시간이 지나도 초기 효율의 80% 이상을 유지함을 확인했다.
연구를 주도한 조길원 교수는 “이번 연구는 고성능·고안정성 페로브스카이트 태양전지 구현을 위한 유기스페이서 분자설계의 새로운 관점을 제시했다”며 “페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화에 이바지할 수 있는 원천기술이 될 것으로 전망한다”고 말했다.
연구수행은 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’ 지원으로 수행됐다.