상위 1% 연구자 박남규 성대 교수, 태양전지 효율·안정성 동시에 높여

하이커뮤니티매니져 0 32 10.04

박남규 성균관대 화학공학·고분자공학부 교수./성균관대

박남규 성균관대 화학공학부 교수 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 획기적으로 향상시킬 수 있는 소재 제어 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

이 기술은 태양전지의 핵심 부품인 전자수송층 소재에서 성능 저하의 원인이 되는 분자 이합체(dimer) 형성 현상을 억제한다. 결과적으로 소형 셀 기준 26.4%의 공식 인증효율과 1500시간 이상 장기 안정성을 동시에 확보했다.

연구진은 기존 페로브스카이트 태양전지에서 전자 이동을 담당하는 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 소재가 고온이나 광 스트레스 환경에서 분자 간 결합으로 인해 뭉치는 ‘이합체화’ 현상을 겪는 문제에 주목했다. 이 구조 변화는 전자 이동도를 낮추고, 태양전지의 효율을 빠르게 떨어뜨리는 원인이 된다.

이에 따라 연구팀은 2,3,5,6-테트라플루오로-4-아이오도벤조산(FIBA)이라는 새로운 분자를 도입해 PCBM의 배열을 정밀하게 제어하고, 분자 이합체 형성을 억제하는 전략을 개발했다. 이 물질은 분자들이 수직으로 정렬되고 안정된 적층 구조를 갖도록 유도한다.

연구 결과, 연구팀은 소면적 기준 공식 인증효율 26.4%, 1㎠ 셀 기준 25.3%, 그리고 대면적 30×30㎠ 모듈(활성 면적 764㎠) 기준 21.3% 효율을 달성했다. 또 국제 표준 실험(ISOS-L2I) 조건인 섭씨 85도에서의 고온 광·전압 인가 시험에서도 초기 효율의 93%를 1500시간 이상 유지해 우수한 장기 신뢰성을 입증했다.

박 교수는 “이번 성과는 태양전지의 상용화를 가로막는 안정성 문제를 해결할 수 있는 돌파구”라며 “특히 대면적 모듈에서도 높은 효율을 유지해 산업적 파급력이 매우 클 것으로 기대된다”고 밝혔다.

박 교수는 세계 상위 1% 연구자(HCR)에 2017년부터 8년 연속 선정된 석학이다. HCR은 글로벌 학술정보 업체 클래리베이트가 논문 피인용 수를 기준으로 선정한다. 그는 호암상과 대한민국 최고과학기술인상, 이탈리아 애니상을 수상했으며, 성균관대가 국내 최초로 정년 제한 없이 연구할 수 있도록 도입한 ‘종신석좌교수’로 임명됐다.

이번 연구는 성균관대 박남규 교수팀과 중국과학기술대(USTC), 남방과기대(SUSTech), 독일 율리히연구소, 홍콩과기대(광저우) 등과 공동 수행했으며, 재료과학 분야 세계적 학술지인 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’ 온라인판에 지난 9월 30일 게재됐다.

https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2025/10/02/4EQHODQEDJD63DKCICKVKYR2VU/

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