성균관대 연구팀, 세계 최초 고효율 태양전지 기술 개발

[베리타스알파=김하연 기자] 성균관대(총장 정규상) 화학공학부 박남규 교수 연구팀이 나노와이어 형태의 페로브스카이트 물질을 용액공정으로 제조하여 전도도가 우수하고 전하분리 성능이 향상된 나노와이어 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발했다. 연구 결과는 2월27일 나노분야 권위지인 나노레터스(Nano Letter, impact factor ; 12.940) 온라인에 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 실리콘 태양전지 발전단가의 약 십분의 일 수준으로 낮은 발전단가를 요구하는 태양광 시장에 매우 적합한 새로운 차세대 태양전지 기술로 최근 중요성이 부각되고 있다. 페로브스카이트 태양전지의 핵심물질인 CH3NH3PbI3 화학식의 페로브스카이트는 요오드화메틸암모늄(CH3NH3I)과 요오드화납 (PbI2)을 이용하여 원스텝 또는 투스텝 공정으로 만들어지는데, 주로 3차원 결정모양으로 만들어 진다. 박남규 교수팀은 투스텝 공정에서 PbI2 필름을 부분적으로 녹여 페로브스카이트가 3차원이 아닌 1차원의 나노와이어 형태로 성장할 수 있는 기술을 최초로 개발했다. 연구팀이 개발한 나노와이어 모양의 페로브스카이트는 3차원 나노결정보다 전도도와 전하분리 특성이 향상된다.

박남규 교수 연구팀은 나노와이어 형태의 페로브스카이트를 이용하여 14.7% 효율의 페로브스카이트 태양전지를 제조했다. 박 교수팀은 3차원 나노결정 제어기술을 세계최초로 개발, 9% 정도의 효율로 시작해 최고효율인 17% 수준의 효율을 보고한 바 있다. (네이처 나노테크놀로지 2014년). 나노와이어는 나노결정 보다 광전 특성이 우수하기 때문에 제조공정을 최적화 할 경우 고효율화를 이룰 것으로 전망된다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하는 글로벌프런티어사업 멀티스케일 에너지시스템 연구단(사업단장 최만수 교수)의 지원을 받아 수행됐다.