독성없는 친환경 용매로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌이던 독성 용매를 대체할 수 있어 파급력이 클 전망이다.
UNIST(총장 이용훈)는 석상일 에너지화학공학과 특훈교수팀이 '에탄올 기반 친환경 용매'에 '할라이드 페로브스카이트'를 용해 후 코팅하는 방법으로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
이렇게 만든 페로브스카이트 태양전지는 효율 25% 이상을 나타냈다. 현재 저독성 용매를 사용한 페로브스카이트 태양전지 가운데 가장 높은 수치이고, 독성 용매로 제조한 최고 효율 25.7%에도 근접했다.
페로브스카이트 태양전지는 제조할 때 독성 용매인 '다이메틸포름아미드(DMF)'를 사용한다. 태양전지에 페로브스카이트를 얇게 코팅하려면 용매에 녹여야 하는데, 친환경 용매로는 페로브스카이트를 녹일 수 없었기 때문이다.
석 교수팀은 독성이 없으면서 페로브스카이트를 녹일 수 있는 용매 기반 물질로 '에탄올'을 선택했다. 이어 페로브스카이트가 에탄올에 잘 녹을 수 있도록 착화합물(complex) 구조를 설계하고, 이를 이용해 '에탄올 기반 페로브스카이트 전구체 용액(이하 에탄올-페로브스카이트 용액)'을 만들었다. 이 물질은 친수성이라 산화물 전극 위에 잘 발라지고, 코팅 2차 처리를 하지 않아도 균일하고 치밀하게 페로브스카이트 박막을 제조할 수 있다.
이 기술은 태양전지 대면적 제조는 물론 용매 처리 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 향후 다양한 친환경 용매 개발과 응용에도 기여할 것으로 기대된다.
석상일 교수는 “페로브스카이트 태양전지 연구는 효율과 안정성 향상을 넘어 독성 용매 사용을 줄이거나 없애는 상용화 기반 연구가 중요해지고 있는 시점”이라며 “코팅과 열처리 과정에서 용매와 함께 휘발하는 속도를 제어할 수 있는 결합물 조합을 최적화한 착화합물 제조가 이 기술의 핵심”이라 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
