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차세대 태양전지 '페로브스카이트' 전극 저온 제조 실현

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차세대 태양전지 '페로브스카이트' 전극 저온 제조 실현

2019.09.05 22:35
윤순길 충남대 교수. 한국연구재단 제공
윤순길 충남대 교수. 한국연구재단 제공

국내 연구팀이 차세대 태양전지 소재로 주목 받는 페로브스카이트에 들어가는 저온 제작 전극을 개발했다. 500도 이상의 고온에서 생산하던 기존 전극에 비해 안전성과 경제성이 높아 상용화에 유리할 것으로 기대된다.

 

충남대 신소재공학과 윤순길 교수(사진)와 트란 반당 연구원은 약 100도의 상대적으로 낮은 온도에서 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있는 그래핀 전극을 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.

 

페로브스카이트 태양전지는 유기물과 무기물 특성을 모두 지닌 소재다. 빛을 잘 흡수하는 특성이 높아 태양전지 소재로 주목 받고 있다. 태양전지로 쓰려면 전극이 필요한데, 특히 원자 두께의 얇은 탄소 신물질 그래핀이 투명 전극 재료로 널리 연구되고 있다. 하지만 원료인 탄소를 500~900도의 고온에서 가스 상태로 변화시킨 뒤 이를 금속 판 위에 흡착시켜 제작하고, 다시 금속판을 제거한 뒤 다른 기판에 옮기는 복잡한 공정을 거쳐야 해 불편하고 품질을 높이기 어려웠다.

 

윤 교수팀은 100도 이하의 비교적 저온에서 얇은 타이타늄 층에 탄소를 흡착시키는 새로운 방법을 개발해 약 10~20cm 크기의 대면적 그래핀(4인치 및 8인치)을 만들었다. 이렇게 만든 전극은 타이타늄 층이 그래핀의 투명도나 전기적 성질을 방해하지 않아 별도 기판에 옮길 필요가 없다는 장점이 있었다. 또 이 전극을 쓴 페로브스카이트 태양전지는 기존 공정으로 만든 전지보다 효율은 14.2%,, 투명도는 26% 개선됐다. 500시간을 써도 효율이 13% 감소하는 데 그쳐서, 20% 효율이 떨어지는 기존 제품보다 안정성이 높았다. 유연성도 기존보다 7% 높았다.


윤 교수는 “태양전지의 유연성과 안정성을 높여 페로브스카이트 태양전지의 한계를 극복했다”고 말했다.


연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노에너지’ 8월 26일자에 발표됐다.
 

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