포스텍 박태호 교수팀 효율성 14.1%까지 높여
포스텍 화학공학과 박태호 교수와 통합과정 김관우씨 연구팀은 세계적인 재료과학분야 권위지 '어드밴스드에너지머터리얼스(Advanced Energy Materials)'를 통해 새로 합성한 고분자 정공 전달 물질(명칭 TTB-TTQ)로 페로브스카이트 태양전지의 효율을 14.1%까지 끌어올리는 기술을 개발했다.
태양전지를 만들 때 이용하는 스파이로 물질은 저분자 구조로 제작 단가가 높고 공정이 복잡하다 보니 태양전지에 코팅이 손쉬운 고분자 물질이 필요했다.
연구팀은 이에 합성한 신 물질의 경우 에너지 준위 조절이 가능한 것은 물론 가공이 쉽도록 하는데 초점을 맞춰 설계, 합성했다.
이들이 개발한 새 고분자 물질을 사용하면 페로브스카이트 태양전지의 효율이 14.1%에 달해 현재 학계에 보고된 고분자 정공 전달물질 중 최고 수준이다.
이에 따라 향후 다양한 정공 전달물질을 합성하기 위한 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미가 높을 뿐 아니라 태양전지나 다른 광전자공학(Optoelectronics) 전자소자에도 적합한 전도성 고분자를 만들 때 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 박태호 교수는 "페로브스카이트 태양 전지의 효율을 극대화하기 위해 고분자 정공 전달 물질을 합성할 방법을 제시했다"며 "고효율 태양전지나 유연한 전자기기 등을 상용화할 수 있는 기술 기반이 될 것"이라고 밝혔다.
△용어설명
1. 페로브스카이트(Perovskite)
부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특이한 구조의 결정구조 물질로 탄소 등 유기물, 납 등의 금속, 요오드화물이나 염화물 같은 할로겐화물로 이루어진 유·무기 하이브리드 형이다.
2. 정공(正孔, hole)
반도체의 결정에서 자유전자(가전자)가 빠져나간 빈 상태의 구멍. 양의 전하와 양의 질량을 가진 입자처럼 행세하여 전기 전도의 캐리어가 된다.
3. 스파이로(Spiro)
가장 많이 사용되는 정공 전도체로 현재 페로브스카이트 태양전지가 비싼 주요 원인 중 하나다.
4. 에너지준위(energy level)
양자역학계(원자, 분자, 원자핵 등)의 정상상태가 취할 수 있는 에너지값이나 에너지를 지닌 상태 그 자체이다. 에너지 준위의 차이는 이 준위 사이로 전이가 일어날 때 방출되거나 흡수되는 빛을 통해 구할 수 있다.