대구경북과학기술원(DGIST·총장 이건우)은 최종민 에너지공학과 교수 연구팀이 이태경 경상국립대학교 나노·신소재공학부/나노신소재융합공학과 교수 연구팀, 김영훈 국민대학교 응용화학부 교수 연구팀과 함께 '페로브스카이트 양자점'을 활용한 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 높일 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 23일 밝혔다.
태양전지의 성능을 떨어뜨리는 원인인 양자점 표면의 왜곡을 해결해 더 오래 사용할 수 있는 태양전지를 만들었다.
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 왜곡돼 성능이 떨어지고 태양전지를 오래 사용할 수 없게 되는 문제가 발생한다.
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 보여줬다.
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 안정화 연구를 지속해 향후 다양한 광전소자에 확대 응용될 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 DGIST 에너지공학과 서가영·한상훈, 경상국립대학교 이동규 석박사통합과정생 주도로 진행됐다. 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, DGIST R&D 프로그램과 경상국립대학교 신임교원 연구기반조성 과제 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
