[중앙이코노미뉴스 한상현] 성균관대학교(총장 유지범) 에너지과학과 정재기 교수 연구팀과 부산대학교 화학교육과 김학범 박사가 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신규 소재 기술을 개발했다고 발표했다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 우수한 안정성을 동시에 확보하는 것이 중요한 과제로 남아 있었다. 정재기 교수 연구팀은 카바졸(carbazole) 유도체 기반의 신규 암모늄 염(CzCl-EAI)을 도입하여, 기존 페로브스카이트 태양전지 대비 전기장 분포 영역을 약 3배 확장시키는 데 성공했다. 이 확장된 전기장 영역은 전하(전자와 정공)의 분리 및 추출 효율을 높여, 전자-정공 재결합 손실을 최소화하고 전하 수집 효율을 크게 향상시키는 역할을 한다.

 연구팀은 신규 암모늄 염과 1,3-diaminopropane dihydroiodide (PDAI2)의 복합 부동태화 방식을 통해 기존보다 3배 확장된 전기장 영역을 성공적으로 구현했으며, 그 결과 페로브스카이트 태양전지의 전력 변환 효율은 최대 25.16%(인증효율: 24.35%)에 도달했다.

또한, 이 태양전지는 습도 50~60%의 대기 중에서 500시간 연속 광 조사 후에도 초기 성능의 80%를 유지했으며, 85℃ 고온 조건에서 1100시간 후에도 초기 효율의 91% 이상을 유지하는 우수한 안정성을 보였다.

성균관대 정재기 교수는 “이번 연구는 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 향상시키는 전기장 제어 및 화학적 부동태화 기술의 설계 및 응용에 중요한 방향성을 제시할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

부산대 김학범 박사는 “염소 원자가 카바졸 구조에서 전자를 끌어당겨 전자 결핍(Electron-deficient) 상태를 형성하고, 광활성층 표면의 전자 분포 및 에너지 준위를 변화시켜 전하 추출을 높인 것”이라고 설명했다.

이번 연구성과물은 2024년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행된 기초연구사업으로, 2월 26일 국제 학술지인 Journal of the American Chemical Society에 온라인 게재되었다.