고려대, 차세대 태양전지의 새로운 설계 방향 제시

안전과 효율 모두 잡아

[서울=뉴시스]박지은 인턴 기자 = 고려대가 차세대 에너지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 새로운 소자(장치, 전자 회로 따위의 구성 요소가 되는 낱낱의 부품) 설계 방향을 제시했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야에서 국제적으로 저명한 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'(인용지수: 32.4)에 지난달 23일 게재됐다.

페로브스카이트는 기존 태양전지에 사용되는 실리콘 소재에 비해 얇고 가벼우면서도 안정성과 효율이 우수하다.

또한 제작이 수월해서 태양전지의 소재로 각광받고 있다. 다만, 페로브스카이트가 왜 효율이 높은지에 대한 관련 연구가 아직 부족한 상황이다.  

이에 건축사회환경공학부 노준홍 연구팀은 2차원 페로브스카이트 소자의 새로운 설계 방향을 제안하여, 성능 및 안정성 향상 원리를 밝혀냈다.

연구팀은 구성 요소가 명확하게 구분되는 3차원/2차원 페로브스카이트 이중층 구조(이하 이종접합)를 만들어, 2차원 페로브스카이트의 역할을 분석했다.

1차원, 2차원, 3차원 각 차원에 따라 소재의 구성 요소가 바뀐다. 예를 들어 카본 소재는 2차원일 시 흑연, 3차원일 시 다이아몬드로 변한다.

[서울=뉴시스] (왼쪽)2차원 페로브스카이트에 따른 내부 전위 크기 및 분포 변화 모식도, (오른쪽)2차원 페로브스카이트 적용에 따른 안정성 측정 결과 (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

연구 결과, 2차원 페로브스카이트의 일함수(진공 중으로 전자(전기와 자기) 한 개가 방출되는 데 필요한 에너지 (단위: 전자볼트(eV))를 제어하자 전계(전기를 띤 물체 주위의 공간을 표현하는 전기적 속성) 크기와 분포가 변화했다.

이를 통해 연구진은 이종접합에서 2차원 페로브스카이트가 결함(물질 내에서 불완전한 부분)을 치료하고, 전하 운반자(전하를 가지고 자유롭게 움직일 수 있는 입자)의 흐름을 제어할 수 있는 기능이 있음을 밝혀냈다.  

논문의 교신저자인 노준홍 교수는 "이번 연구로 페로브스카이트 태양전지가 27% 이상 효율을 달성하기 위해서는, 소재와 소자의 융합 연구가 필요함을 보여준다"라고 말했다.


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