페로브스카이트 태양전지 대면적·소재 안정성 확보…"상용화 가나"

차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트를 상용화하기 위해서는 대면적 구현과 작동 안정성 확보라는 숙제를 풀어야 한다. 국내 연구진이 이 문제를 해결 , 상용화에 바짝 다가갔다. 한국연구재단은 정의혁 한국에너지공과대학교 에너지공학과 교수와 전남중· 이재민 한국화학연구원 책임연구원 연구팀이 공동으로 공정속도, 코팅 두께 등 공정 조건 변화에도 안정적으로 작동하는 비정질 계면 패시베이션 소재를 개발했다고 27일 밝혔다. 패시베이션(부동태화)은 빛으로 만든 전기가 사라지지 않도록 보호막을 씌우는 공정을 말한다. 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 소재를 사용한 태양전지보다 가볍고 유연한 특성 덕분에 건물 일체형 태양광이나 차량 부착형 태양전지 등에 활용 가능한 기술로 주목받고 있다. 그러나 공정 조건 변화에 따른 성능 편차나 대면적 구현이 쉽지 않다. 연구팀은 문제 해결을 위해 분자들이 규칙적인 결정 구조 형성을 억제하는 설계 방법을 도입했다. 카바졸(Carbazole) 기반 분자에 비대칭 아이오딘 치환기를 도입한 새로운 패시베이션 분자(I-4PACz)를 개발한 것. 정의혁 교수는 "이를 통해 기존 소재 대비 공정 조건 변화에 따른 성능 편차를 크게 줄였다"며 "기존대비 10배 정도의 박막을 만드는 전구체 농도 변화에도 거의 일정한 효율을 유지했다"고 설명했다. 연구팀은 또 기판위에 용액을 펴 바르는 블레이드 코팅 속도를 변화시켜도 태양전지 모듈 효율이 안정적으로 유지돼, 대면적 연속 생산 공정에도 적합하다고 부연 설명했다. 이를 통해 연구팀은 대면적인 24.5 ㎠ 크기의 페로브스카이트 태양전지 모듈에서 21.2%의 광전변환효율을 달성했다. 열 및 광 안정성 평가에서도 우수한 내구성을 확인했다. 연구결과는 에너지 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈에 온라인으로 게재됐다. 정의혁 교수는 “이 기술은 롤투롤 기반 연속 생산 공정과 대면적 태양전지 제조가 가능하다"며 "페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당길 것"으로 기대했다.