이만종 교수, 새로운 반용매 세척법 개발·일반 습윤 대기 환경에서 제작 가능해져
건국대 공과대학 이만종 교수(화학과) 연구팀이 습윤 환경에서도 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 6일 밝혔다.
논문명은 ‘Ambient-air fabrication of stable mixed cation perovskite planar solar cells with efficiencies exceeding 22% using a synergistic mixed antisolvent with complementary properties’이다.
연구 결과는 에너지·소재 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 7월 30일 자로 게재됐다.
페로브스카이트(perovskite)는 1839년 러시아 우랄산맥에서 새로 발견된 광물에 붙여진 이름으로, 19세기 러시아 광물학자 레프 페로브스키(Lev Perovsky)의 이름을 따서 만들어졌다. 최근 유-무기 혼성 페로브스카이트를 태양전지에 응용하는 연구가 크게 각광받고 있으며, 높은 열린회로전압 덕분에 다른 태양전지 방식에 비해 높은 효율을 보이는 것이 특징이다.
그 동안 페로브스카이트의 제조 조건이 엄격하다는 점은 설비투자 비용면에 큰 부담 요인으로 남아 왔다. 그러나 이번 연구 결과는 설비 투자 비용이 많이 드는 드라이룸 또는 질소 글러브박스 없이 태양전지를 제작할 수 있음을 보여줘 상용화 가능성을 높였다.
페로브스카이트 태양전지는 실리콘이 아닌 페로브스카이트 물질을 광흡수층으로 사용한다. 최고 효율이 높고 비교적 간단한 용액법으로 제작할 수 있는 장점이 있으나 제조 설비 등이 상용화의 과제로 남아있다. 특히 높은 습도에서는 전구체 용액이 수분과 결합하면서 고품위 페로브스카이트 결정 형성을 방해하기 때문에 습도가 낮은 드라이룸을 설치해야 했다.
이만종 교수 연구팀은 고효율 페로브스카이트 태양전지를 일반 습윤 대기 환경(상대습도>40%)에서 제작할 수 있는 새로운 반용매 세척법을 개발했다.
연구팀은 습도에 따른 영향을 상쇄하기 위해 서로 상보적인 낮은 증기압 특성과 낮은 끓는점 특성을 갖는 다이부틸에터와 다이에틸에터가 혼합된 반용매로 용매를 제거하는 공정을 개발했다. 연구팀이 만든 페로브스카이트 태양전지는 습윤 대기 환경에서 만든 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율인 22.06%를 달성했다. 또 1200시간 후 효율도 초기 효율의 94%를 유지하며 안전성을 보였다.
이만종 교수는 “엄격히 조절된 환경 제약에서 탈피해 습윤 환경 조건에서도 고효율 페로브스카이트 태양전지 구현이 가능하다는 점을 제시했다”며 “페로브스카이트 태양전지의 상용화에 이바지할 것으로 기대된다”고 말했다.
한국건설신문 황순호 기자
