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유연하게 만든 페로브스카이트 태양전지 효율 20% 벽 넘었다

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유연하게 만든 페로브스카이트 태양전지 효율 20% 벽 넘었다

2020.11.17 12:00
대면적 (400 cm2)에서의 유연 태양전지 구현 모습. 화학연 제공
대면적 (400 cm2)에서의 유연 태양전지 구현 모습. 화학연 제공

국내 연구팀이 최고 수준의 효율을 보이는 유연한 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발했다.


한국화학연구원은 서장원 화학소재연구본부 책임연구원팀이 20.7%의 효율을 보이는 유연한 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 17일 밝혔다. 딱딱한 페로브스카이트 태양전지의 최고 효율은 25.5%에 달하지만 유연한 페로브스카이트 태양전지의 효율은 전 세계적으로 20%를 넘지 못했다.


페로브스카이트는 두 개의 양이온과 하나의 음이온이 결합한 특이한 규칙적 입체 구조를 갖는 광물질이다. 태양광을 받으면 전기를 전달하는 전자와 정공을 만들어낸다. 기존 태양전지를 대체할 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다. 착용형(웨어러블) 기기나 건물, 자동차 등에 활용하기 위해서는 유연한 형태의 태양전지가 필요한데 효율이 낮은 게 문제였다.


연구팀은 태양전지를 구성하는 층 중에서 전자를 이동시키는 전자수송층을 신규 이중층 구조로 만드는 기술을 개발했다. 상대적으로 작은 주석산화물(SnO2) 입자가 촘촘히 들어간 첫 번째 층을 구성하고, 그 위에 큰 주석 아연산화물(Zn2SnO4) 입자가 듬성듬성하게 있는 다공성 구조로 두 번째 층을 만들었다. 


연구팀은 “다공성 구조체가 페로브스카이트 층에서 생성된 전자를 보다 잘 수송하는 데 도움을 준다”며 “페로브스카이트 물질의 결정이 크고 고를수록 전자가 잘 이동할 수 있어 태양전지의 효율이 높아지기 때문”이라고 설명했다.


연구팀은 개발한 유연한 페로브스카이트 태양전지가 20.7% 효율을 달성하는 것을 확인했다. 또 20제곱센티미터(㎠)의 대면적에서도 구현하는 데 성공했다. 서 책임연구원은 “페로브스카이트 태양전지를 향후 자동차, 휴대용 전자기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘에너지&환경과학’ 11월호에 발표됐다.

 

한국화학연구원 제공

 

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