저렴한 주석염화물을 사용해 페로브스카이트 태양전지의 상용화가 앞당겨질 전망이다.
탄소중립대학원 김동석 교수와 한국에너지기술연구원 조임현 박사 공동연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 개선했다. 값싼 주석(IV) 염화물을 주석산화물 위에 반응시켜 태양전지의 안정성을 높였다.
페로브스카이트 태양전지의 고효율을 위해서는 전자가 잘 흐를 수 있도록 돕는 박막인 전자수송층의 표면 결함을 제어하는 것이 중요하다. 이 결함은 태양전지의 효율뿐만 아니라 안정성에도 큰 영향을 미친다.
그림1. 재결정화에 의해 결정 배향이 일정해진 주석 산화물의 TEM 이미지
연구팀은 주석 염화물을 물에 녹여 산화물층에 도포했다. 처리 과정에서 형성된 수산화주석이 산화물 주석의 상층부를 완전히 산화시키고, 산이 재결정화를 이뤄내 전자 이동성을 개선했다.
그림2. 장기 안정성 (25 ℃ 25% RH) 과 열 안정성 (25 ℃) 시험 결과 및 소자의 효율 그래프
화학용액증착법은 주석산화물층을 형성하는 기술로, 표면에 자연스럽게 결함이 생긴다. 주석이 완전히 산화되지 않았기 때문이다. 박막을 형성한 후 결함을 줄이는 처리는 고효율과 장기 안정성을 동시에 확보하는 핵심 기술이다.
페로브스카이트 태양전지를 상용화하기 위해서는 다양한 인증시험 통과가 필수적이다. 연구팀은 전자수송층을 개선해 소자의 효율을 높이고, 장시간 열과 자외선에도 견디는 성능을 입증했다.
김동석 교수는 “이번 연구를 통해 주석산화물의 뭉침현상을 억제하고 결정성을 높이는 데 성공했다”며 “이 기술이 태양전지의 안정성을 높이는 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다.
송지원 연구원과 신윤섭 박사는 “값싼 주석염화물을 사용해 고효율, 고강도, 저비용을 동시에 실현해 에너지 산업에 긍정적 변화를 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구 결과는 Advanced Energy Materials에 7월 3일 온라인 게재됐다.
