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효율·신뢰성·안정성 3박자 갖춘 ‘페로브스카이트’ 기술 개발

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효율·신뢰성·안정성 3박자 갖춘 ‘페로브스카이트’ 기술 개발

2018.10.29 17:52
X선 촬영장비와 전자회절패턴을 이용해 확인한 신형 페로브스카이트 태양전지의 단면. 주석아연산화물의 분자구조가 비정질로 바뀐 모습을 확인할 수 있다. 건국대 제공.
X선 촬영장비와 전자회절패턴을 이용해 확인한 신형 페로브스카이트 태양전지의 단면. 비정질 주석아연산화물을 이용한 결과 그 분자구조가 비정질로 바뀌어 기존의 이산화티타늄 보다 평균일하고 평평한 것을 확인할 수 있다. 건국대 제공.

태양광 발전은 대표적인 친환경 기술로 꼽히지만 원자력이나 화력발전에 비해 효율이 낮다. 과학계에선 오랫동안 그 효율을 높이려는 노력을 계속해왔다. '페로브스카이트’ 방식의 태양광 패널은 지금까지 개발된 어떤 방법보다 발전 효율이 높지만 안정성과 신뢰성이 떨어져 실용화에 어려움을 겪고 있다.

 

이만종 건국대 화학과 교수팀은 간단한 공정으로 페로브스카이트 태양전지의 효율과 신뢰성, 안정성을 모두 높이는 방법을 알아냈다고 29일 밝혔다.

 

페로브스카이트 태양전지는 높은 광 흡수도를 갖는 물질을 덧발라 만든다. 광학적, 전기적 특성이 높아 성능이 좋아진다. 기존 태양광전지에 비해 제작도 단순하다. 원료를 잉크처럼 칠하는 간단한 공정으로 제작할 수 있어 가격도 훨씬 낮출 수 있을 것으로 기대를 모은다. 하지만 페로브스카이트 태양전지는 광 흡수층으로 사용하는 이산화티타늄’이란 물질의 안정성이 낮아 문제가 돼 왔다.

 

이 교수팀은 페로브스카이트 태양광 패널에 이산화티타늄을 대신해 ‘비정질 주석아연산화물’을 섞어 넣는 방법을 선택했다. 그 결과 전자 전도성은 유지되면서 안정성이 확인됐다. 빛 에너지가 전기에너지로 전환되는 광전 변환 효율과 안정성도 큰 폭으로 늘어났다. 실험 결과 광전 변화 효율이 기존 이산화티타늄 기반 태양전지는 17% 정도인데 비해 20.02%로 크게 높아졌다.

 

이 교수는 “주석아연산화물 페로브스카이트 태양전지는 신뢰성과 안정성이 크게 늘어나 태양전지 모듈 제작 및 실용화에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ACS 에너지 레터스(ACS Energy letters) 10월 12일에 게재됐다.
 

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