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페로브스카이트 태양전지 수명 단축시키는 원인 찾았다

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2018년 04월 24일 03:00 프린트하기

국내 연구진이 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 수명을 늘릴 수 있는 새 단서를 발견했다. 1000시간 이상 사용하면 전지의 광전환 효율이 급격히 떨어졌는데, 이런 현상의 원인을 찾은 것이다. 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성도 높일 수 있을 것으로 전망된다.
  
서울대 전기정보공학부 이창희 교수팀과 이현호 박사과정 연구원 팀은 페로브스카이트 태양전지의 광전환 효율이 떨어지는 이유가 전지의 광활성층을 구성하는 요오드 이온들이 전극 아래 계면에 쌓이기 때문인 것으로 나타났다고 23일 밝혔다.

 

페로브스카이트 박막에서 빠져나온 요오드 이온이 전극 계면에 축적되면서 페로브스카이트 태양전지의 전기적 특성을 떨어뜨리는 과정을 나타낸 모식도. 페로브스카이트 태양전지의 수명을 단축시키는 원인으로 밝혀졌다. - 사진 출처 서울대 공대
페로브스카이트 박막에서 빠져나온 요오드 이온이 전극 계면에 축적되면서 페로브스카이트 태양전지의 전기적 특성을 떨어뜨리는 과정을 나타낸 모식도. 페로브스카이트 태양전지의 수명을 단축시키는 원인으로 밝혀졌다. - 사진 출처 서울대 공대

페로브스카이트 태양전지는 전기적 특성이 좋은 AMX3(A는 양이온, M은 금속 양이온, X는 음이온)형 큐빅 규조의 페로브스카이트 물질을 광활성층으로 사용하는 태양전지다. 실리콘 태양전지보다 쉽고 저렴하게 제작할 수 있다. 지난해 12월에는 한국화학연구원 연구진이 실리콘 태양전지의 광전환 효율(약 25%)에 근접한 세계 최고 효율(22.7%)의 페로브스카이트 태양전지를 개발하기도 했다. 하지만 장시간 사용할 수 없는 한계 때문에 상용화에 어려움이 있었다.
 
연구진은 사용 기간을 최대 40일(960시간)까지 점차 늘리면서 광전환 효율이 떨어진 전극을 새로운 전극으로 대체하는 과정을 반복했다. 그리고 페로브스카이트 태양전지 전극에 나타나는 변화를 관찰했다. 그 결과, 광활성층의 요오드 이온이 분해돼 전극 아래에 쌓이고 전자수송층의 플러렌 분자와 반응하면서 점차 전극의 전기적 특성이 떨어진다는 사실을 발견했다.

 

이 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 성능 저하 문제의 근본적인 원인을 밝힌 것으로, 문제를 해결하면 페로브스카이트 태양전지의 수명을 늘릴 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

 

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 16일자에 표지논문으로 게재됐다.

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