구겨진 종이를 펴듯 양자점 태양전지 성능 업

- DGIST, 양자점 표면 왜곡 바로잡아 태양전지 요율 15.3% 향상

페로브스카이트 양자점 표면에서의 양쪽성 리간드 결합 모식도와 이를 태양전지에 적용 시 증가한 효율 및 균일하게 정렬된 양자점 박막 모식도. (자료제공: DGIST)

대구경북과학기술원(DGIST, 총장 이건우)는 에너지공학과 최종민 교수 연구팀이 경상국립대학교 나노·신소재공학부/나노신소재융합공학과 이태경 교수 연구팀, 국민대학교 응용화학부 김영훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 ‘페로브스카이트 양자점’을 활용한 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 높일 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 태양전지의 성능을 떨어뜨리는 원인인 양자점 표면의 왜곡을 해결하여 더 오래 사용할 수 있는 태양전지를 만들었다고 9월 23일 밝혔다.

페로브스카이트 양자점은 차세대 태양전지의 중요한 소재다. 빛을 전기로 바꾸는 능력이 뛰어나고 대량생산도 쉬운 장점이 있지만, 태양전지에 사용하려면 양자점 표면에 붙은 ‘리간드’라는 물질을 바꿔줘야 한다. 그러나 이 과정에서 양자점 표면이 구겨진 종이처럼 왜곡되어 성능이 떨어지고 태양전지를 오래 사용할 수 없게 되는 문제가 발생한다.

최종민 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 양쪽에서 양자점을 안정적으로 붙들어주는 짧은 리간드를 새로이 사용했다. 이 리간드는 구겨진 양자점 표면을 펴주듯 격자 구조의 왜곡을 회복시키고, 표면 결함을 크게 줄여 태양전지가 더 효율적으로 작동하고 오래 사용할 수 있도록 해준다. 그 결과, 태양전지의 전력 변환 효율이 13.6%에서 15.3%로 높아졌고, 15일 동안 성능의 83%를 유지하는 안정성을 보여주었다.

최종민 교수는 “이번 연구를 통해 양쪽성 리간드를 새로이 도입해 양자점 표면의 결함부위를 최소화하고 양자점의 표면이 더 안정적으로 유지되도록 만들어 태양전지의 효율과 안정성을 크게 향상시킬 수 있었다”며 “페로브스카이트 양자점의 표면 안정화에 대한 연구를 지속하여 향후 다양한 광전소자에 확대 응용될 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 DGIST 에너지공학과 서가영‧한상훈, 경상국립대학교 이동규 석박사통합과정생의 주도로 진행된 DGIST 최종민, 경상국립대학교 이태경, 국민대학교 김영훈 교수팀의 공동 연구결과이다. 

이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, DGIST R&D Program과 경상국립대학교 신임교원 연구기반조성 과제 지원을 받아 수행되었으며 연구결과는 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 9월 15일에 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]