진성호 부산대 교수팀이 차세대 태양전지 내구성과 에너지 효율을 크게 높인 새로운 홀 전도체를 개발했다.
페로브스카이트 태양전지와 유기 태양전지는 간단한 제조 공정과 저렴한 비용으로 플렉시블 특성을 지니도록 만들 수 있다는 점에서 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 최근에는 에너지 효율도 크게 높아졌다.
홀(정공) 전도체는 페로브스카이트와 유기 태양전지에서 빛을 받아 형성된 전자(-)와 정공(+)의 결합 쌍을 분리해 정공을 전극으로 이동시켜주는 물질이다. 태양전지 효율을 좌우하는 핵심 소재다.
하지만 기존 홀 전도체는 복잡한 합성공정과 수분이나 산소에 노출되면 쉽게 부식되는 등 안정성에 문제가 있었다.
진 교수팀은 유도체인 카바졸과 플로렌를 결합해 물에 쉽게 반응하지 않는 새로운 유도체 트라이페닐아민을 합성했다. 이를 이용해 기존 홀 전도체보다 수분과 산소에 훨씬 강하고 안정된 홀 전도체 제조에 성공했다.
이 새로운 홀 전도체를 페로브스카이트와 유기태양전지에 적용한 결과, 에너지 변환효율(페로브스카이트 16.6%→17.21%, 유기태양전지 7.63%→7.85%)이 향상됐다. 또 태양전지 수명도 2배 높게 측정됐다.
특히 새로운 홀 전도체는 기존 홀 전도체 생산단가 20% 수준에서 양산할 수 있어 경제적 파급 효과가 매우 높을 것으로 예상된다.
이 연구에는 진성호 교수 외에 사리팔리 수다커레디·쿠마라사미 구나세가르 연구원, 송명관·김동호·김창수 재료연구소 연구원, 이진용 성균관대 교수와 문종훈 연구원, 임상혁 경희대 교수와 허진혁 연구원 등이 참여했다.
이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업으로 수행됐다. 연구 결과는 어드밴스트 머티리얼즈 12월 8일자 온라인 판 내부 표지논문으로 게재됐다.
진성호 교수는 “차세대 태양전지 상용화 난제였던 부식 문제 해결로 태양전지 소자 수명과 에너지 효율을 획기적으로 높여줄 것”이라며 “차세대 태양전지는 물론 유기 디스플레이, 발광 다이오드 등 다양한 전자 부품에 적용하면 성능 및 수명 향상에 기여할 수 있다”고 말했다.
부산=임동식기자 dslim@etnews.com
