포스텍 연구팀이 친환경 공정이 가능하고, 안정적이며 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지를 위한 정공전달 물질을 개발하는데 성공했다.
포스텍은 이준우 화학공학과 통합과정, 마디 말렉샤 브란반드 박사후 연구원, 박태호 교수와 함께 정공 전달 물질에 비대칭 구조를 도입해 호두향이 나는 친환경 식품첨가제에 대한 용해도를 향상 시키고, 이를 통한 친환경 공정으로 페로브스카이트 태양전지를 만들어냈다.
페로브스카이트는 빛을 잘 흡수해 전하를 만들어 내는 물질이다. 페로브스카이트 태양전지는 햇빛을 받으면 전자와 정공을 형성하게 되고, 정공을 전극에 빨리 전달하기 위해서는 정공 전달층이 필요하다.
프린트나 코팅 등 이후 공정을 위해선 먼저 정공 전달층에 쓰이는 유기 재료를 녹여 액체로 만드는 것부터 시작해야 하는데 친환경 물질에는 잘 녹지 않아서 그동안 클로로벤젠이라는 독성 물질을 사용했다.
연구팀은 페로브스카이트의 효율성을 높이기 위해 정공 전달층의 모양에도 주목했다. 전하를 빨리 이동시키기 위해 기존에는 첨가제를 사용해 효율을 높였다.
첨가제를 넣으면 일시적으로는 효율이 높아지지만 시간이 지나면서 효율이 떨어져 전체적으로 안정성이 떨어지는 단점이 있다.
연구팀은 단분자를 연결 시켜서 긴 사슬로 만들어, 첨가제를 넣지 않고도 고분자 효율을 18.3% 높였고 시간이 지나도 효율감소가 적어 안정성까지 확보했다. 지금까지 보고된 고분자 정공 전달 물질 중 최고 효율이다.
연구를 이끈 이준우씨는 “광전기적 특성의 변화 없이 용해도를 대폭 향상 시켰고 새롭게 설계된 정공 전달 물질로 효율도 높인 만큼 전도성 고분자 산업에 큰 영향을 줄 것”이라며 기대감을 밝혔다.
한국연구재단 기초연구사업, 미래창조과학부의 글로벌 프런티어 사업 '나노기반소프트일렉트로닉스 연구단'의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 화학분야 권위지인 '미국화학회 저널(Journal of the American Chemical Society)' 온라인판을 통해 발표됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
