성균관대, 고효율 태양전지모듈 제작 기술 개발

성균관대 공동연구팀이 개발한 할라이드 페로브스카이트 소재에 강산화제 물질을 도입해 태양전지 모듈의 에너지 변환 효율을 높이는 새로운 기술 연구 그림. (자료제공: 성균관대)

성균관대학교(총장 신동렬)는 정현석·이재찬 신소재공학부 교수와 안태규 에너지과학과 교수 공동연구팀이 할라이드 페로브스카이트 소재에 강산화제 물질을 도입해 태양전지 모듈의 에너지 변환 효율을 높이는 새로운 기술을 개발했다고 지난달 4일 밝혔다.
할라이드 페로브스카이트는 높은 광흡수율, 광여기된 전자와 정공의 긴 수명 등 태양전지의 소재로서 뛰어난 특성을 보여준다. 하지만 할라이드 공공과 같은 결함이 전자의 국부화를 유도해 비방사성 재조합을 유도하는 결함복합체를 형성, 광여기된 전자와 정공의 수명을 급격히 감소시켜 태양전지 소재의 특성이 활용되지 못했다.
이에 연구진은 강산화제인 이황화 포름아미딘 이온을 첨가해 페로브스카이트 결함에 국부화된 전자를 제거했다. 이황화 포름아미딘 이온이 페로브스카이트 구조에 안정적으로 통합되며 요오드 공공의 국부화된 전자를 빼앗아 비방사성 재조합 중심이 되는 결함복합체의 형성을 효과적으로 억제하는 것을 제일원리계산을 통해 밝혔다. 이를 바탕으로 제작된 페로브스카이트 소재에서 광여기된 전자와 정공의 수명이 향상되는 것을 실험적으로 입증했다.
아울러 이황화 포름아미딘 이온은 페로브스카이트 소재 합성과정 중 전구체들이 중간상을 형성하도록 유도해 제작된 페로브스카이트의 결정성 및 결정립계의 크기를 개선해 소재의 특성과 안정성을 더욱 향상시키는 것을 확인했다.
연구진은 "이황화 포름아미딘 이온이 첨가된 페로브스카이트를 이용한 태양전지는 단위 셀뿐만 아니라 넓은 면적의 태양전지 모듈에서 20% 이상의 우수한 효율을 나타냈다"며 "향후 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위한 고효율, 고안정성의 대면적 태양전지 모듈 제작에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다"고 전했다.