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'이달의 과학기술인상'에 페로브스카이트 전문가 신병하 교수

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'이달의 과학기술인상'에 페로브스카이트 전문가 신병하 교수

2021.05.05 12:00
고효율·고안전성 차세대 태양전지 전문가
신병하 KAIST 신소재공학과 교수. KAIST 제공
신병하 KAIST 신소재공학과 교수. KAIST 제공

에너지 전환 효율과 안정성이 높은 차세대 페로브스카이트 태양전지를 개발한 신병하 KAIST 신소재공학과 교수가 이달의 과학기술인에 선정됐다.

 

과학기술정보통신부는 이달의 과학기술인상 5월 수상자로 신 교수를 선정했다고 5일 밝혔다. 과기정통부는 "고효율·고안전성 페로브스카이트 태양전지를 개발하고 이를 바탕으로 초고효율 태양전지 구현 방향을 제시해 차세대 태양전지 개발에 기여한 공로를 높게 평가했다"고 설명했다.

 

한국을 비롯해 전 세계 국가들이 추진 중인 '탄소중립'을 실현하려면 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 전기로 바꾸는 ‘효율’을 높여야 한다. 태양광을 전기로 바꾸는 장치인 태양전지는 단일 태양전지로는 효율이 낮아 최근에는 2개 이상의 태양전지를 연결하는 '탠덤 태양전지' 개발이 활발하다. 하지만 차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트는 빛, 수분 등 외부 환경에 민감해 안정성을 유지하기가 어려웠다. 
 
신 교수는 페로브스카이트 태양전지에 특정 음이온 첨가제를 넣으면 페로브스카이트 박막 내부에 형성되는 2차원 안정화층의 전기적, 구조적 특성을 쉽게 조절할 수 있다는 사실을 이론적으로 규명하고 고해상도 투과전자현미경을 이용해 이를 직접 확인했다. 첨가제의 음이온을 조절하면 태양광을 1000시간 연속으로 비춰도 안정성이 처음 상태의 80%가 넘게 유지할 수 있다. 

 

신 교수는 연구 내용을 이용해 페로브스카이트 태양전지를 실리콘(Si) 태양전지와 결합해 효율이 26.7%인 탠덤 태양전지를 만들었다. 현재 전 세계에서 만들어진 탠덤 태양전지 중 가장 높은 효율은 29.5%로 효율이 높은 편에 속한다. 신 교수가 개발한 페로브스카이트 태양전지는 실리콘뿐 아니라 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 등 4개 원소로 이뤄진 CIGS(Cu(In,Ga)Se₂) 박막형 태양전지와도 결합이 가능하다. 

 

신 교수는 "이번 연구는 첨가제를 통한 태양전지 소재의 안정화에 대한 방향을 제시했다는 데 의의가 있다"며 "향후 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기 등 광범위한 광전자 소자 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

 

신 교수의 연구는 국제학술지 '사이언스' 인터넷판 2020년 4월 10일자에 실렸다.

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