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고성능 태양전지 단숨에 구워 만든다

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2018년 11월 04일 12:00 프린트하기

성균관대-연세대 공동연구진은 고성능‧고안정성 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다. 성균관대 제공.
성균관대-연세대 공동연구진은 고성능‧고안정성 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다. 성균관대 제공.

국내 연구진이 지금까지 개발된 태양전지 중 가장 효율이 높은 것으로 알려진 ‘페로브스카이트’ 태양전지를 손쉽게 대량으로 생산하는 기술을 개발했다.

 

성균관대 화학공학·고분자공학부 김정규 교수, 연세대 화공생명공학부 박종혁 교수 공동연구진은 ‘급속 불꽃 연소 공정 기반 금속산화물 도핑 기술’을 적용해 페로브스카이트 태양전지를 빠르고 손쉽게 제작하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

 

페로브스카이트 태양전지는 주로 이산화티타늄(TiO₂) 등의 금속산화물을 이용, 태양광 발전으로 생긴 전자가 흘러가는 ‘전자수송층’을 별도로 만들어 효율을 높인다. 이때 전자가 잘 흘러갈 수 있도록 내부에 ‘전이금속’이라는 불순물을 일부 섞어 넣는데, 기존의 방법은 섭씨 550도 미만의 비교적 낮은 온도로 이산화티타늄을 녹여낸 다음 거기에 전이금속을 첨가했다. 제작 시간이 오래 걸리고 전이금속이 충분히 내부에 섞이지 않기도 해 전체적인 효율이 낮아지는 원인이 됐다.

 

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 미리 전이금속을 고르게 입혀 둔 얇은 이산화티타늄 막을 섭씨 1000도 이상의 높은 온도로 빠르게 구워냈다. 이 결과 5시간 이상 걸리던 공정을 1분 이내로 줄어들었고 효율 역시 기존보다 월등히 높아졌다.

 

김정규 교수는 “요리할 때 직화구이를 하는 것처럼 순식간에 소재를 구워내 전자 구조를 개선하는 기술을 개발한 것”이라며 “태양전지뿐 아니라 광촉매, 반도체, 디스플레이 등에 금속산화물을 이용하는 다양한 산업분야에 폭넓게 적용할 수 있다”고 밝혔다.  

 

이 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 10월 15일 논문으로 게재됐다.

 

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