[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 김진영 교수팀이 한국에너지기술연구원, 스위스 로잔공과대학(EPFL) 등의 연구진과 공동으로 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지와 관련해 국제학술지에 보고된 세계 최고 효율을 경신했다고 6일 밝혔다.
페로브스카이트 태양전지는 태양광 발전 단가를 획기적으로 낮출 것으로 기대되는 차세대 전지다.
페로브스카이트의 특성은 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체구조(결정)를 갖는 물질로 합성이 쉽고 저렴하다.
이로 인해 페로브스카이트 태양전지가 태양광 발전 원가를 낮출 것으로 기대되고 있다.
하지만 아직 이 물질을 쓴 태양전지 효율은 상용(실리콘) 태양전지에 못 미치고 내구성도 떨어진다.
이를 개선하기 위해 양이온의 조합 등을 바꿔 효율과 물질의 안정성을 개선하려는 연구가 활발했다.
이번 공동연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 전지 핵심 소재인 페로브스카이트 소재의 구성 원소 조합을 새로운 접근 방식으로 바꿔 효율을 끌어올렸다.
연구과정을 보면 이번 공동 연구팀은 페로브스카이트를 이루는 음이온 일부(용액함량 2%)를 포메이트(HCOO-)란 물질로 교체했다.
포메이트는 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적인 입체구조가 단단히 성장하는 것을 돕는데 이 포메이트가 금속 양이온과 상호작용해 결합력을 강화하기 때문이다.
특히 입체구조가 규칙적으로 잘 자란 소재(결정성이 우수한 소재)를 쓰면 전지 효율이 높다.
이 연구결과에 의하면 포메이트를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전지 대비 효율이 10% 이상 향상됐고 효율이 25.6%에 도달해 논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 중 최고다.
UNIST 김진영(에너지화학공학과) 교수는 “아이오딘(I-)이나 브롬(Br-) 이온만을 음이온 자리에 쓸 수 있다는 고정관념을 깼다”라며 “포메이트의 크기가 기존 음이온과 비슷하다는 데서 착안했다”고 설명했다.
이어 전지 제작을 담당한 한국에너지기술연구원 김동석(울산차세대전지연구개발센터장) 박사는 “개발된 물질로 효율을 극대화할 수 있는 구조의 태양전지 셀(cell)을 설계하고 제작해 25.2%의 높은 공인 기록(美 Newport社 공식인증)도 확보했다”며 “동일한 품질의 전지를 만드는 것이 가능해 상용화에 유리할 것”이라고 말했다.
이 연구는 최고 권위 국제 과학 학술지인 네이처(Nature)에 4월 5일 게재됐다.