수명 3배 늘린 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

하이커뮤니티매니져 0 5 09.22

(좌측부터) 양상진 울산과학기술원(UNIST) 연구원, 양창덕 UNIST 교수, 민한울 고려대 교수, 김기훈 고려대 연구원. 울산과학기술원(UNIST) 제공

왼쪽부터 울산과학기술원(UNIST) 양상진 연구원, 양창덕 교수, 고려대 민한울 교수, 김기훈 연구원. UNIST 제공

국내 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 가장 큰 약점으로 꼽히던 짧은 수명을 개선한 연구 결과를 내놨다. 기존보다 3배 이상 오래 가는 고효율 태양전지 개발로 차세대 태양전지 상용화 가능성이 한층 높아졌다.

울산과학기술원(UNIST)은 양창덕·신승재 에너지화학공학과 교수팀과 민한울 고려대 교수팀이 액상 첨가제인 'tBP(4-tert-butylpyridine)'를 대체할 수 있는 고체 첨가제 '4CP(4-(N-carbazolyl)pyridine)'를 개발해 페로브스카이트 태양전지에 적용했다고 22일 밝혔다.

이번에 개발된 전지는 26.2%의 광전변환 효율(공인 25.8%)과 함께 3000시간 이상 초기 효율의 80%를 유지하는 장기 안정성을 확보했다.

기존에 사용되던 tBP는 리튬 이온을 균일하게 분산시켜 전지 효율을 높이는 역할을 하지만 액체 상태라 고온에서 쉽게 휘발된다. 이 과정에서 부산물이나 핀홀이 생겨 전지 수명이 짧아지는 것이 문제였다.

새로 개발된 4CP는 휘발성이 없는 고체 물질이다. 고온에서도 안정적이며 계면을 균질하게 만들어 전하 이동을 원활히 돕는다. 이를 통해 효율과 수명이 동시에 개선됐다.

실험 결과 tBP 기반 전지는 1000시간 내에 효율이 초기의 60% 수준으로 떨어졌다. 4CP 기반 전지는 3000시간 이상 초기 효율의 80%를 유지했다. 고온 안정성 실험에서도 85℃ 환경에서 400시간 이상 효율의 80%를 유지했다. 극저온(−80℃)과 고온(80℃)을 오가는 온도 스트레스 시험을 200회 반복한 후에도 초기 효율의 90% 이상을 유지했다.

연구팀은 “공정을 바꾸지 않고 첨가제만 교체해도 페로브스카이트 태양전지의 수명 문제를 해결할 수 있음을 입증했다”며 “우주 등 극한 환경에서도 활용할 수 있는 기반을 마련했다”고 강조했다. 이어 “기존 제조 공정과 호환성이 높아 대면적 모듈 제작과 성능 검증을 통해 상용화를 추진할 계획”이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 에너지'에 10일 게재됐다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74186

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