전북대학교 한윤봉 교수팀(공대 화학공학부)이 그래핀-은/페로브스카이트 나노 복합소재를 이용해 안정성이 우수한 태양전지를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 세계적 학술지인 'ACS Energy Letters' (IF=12.277) 최신호 온라인 판에 게재됐다.

그동안 한 교수팀은 페로브스카이트 태양전지의 실용화를 위한 안정성 문제를 해결하기 위하여 산화니켈(NiO)-페로브스카이트 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용하여 대기 중에서 제조한 페로브스카이트 태양전지의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 'Nano Energy' (IF=13.120)에 3편의 논문으로 발표한 바 있다.

‘페로브스카이트 태양전지’는 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 능력 등으로 인해 발전효율이 높으며, 저가로 대량생산이 가능하기 때문에 전 세계적으로 실용화를 연구가 경쟁적으로 진행되고 있는 차세대 태양전지다.

그러나 공기에 장기간 노출되었을 때 광학적, 열적 불안정성과 이온들의 이동과 물에 의한 페로브스카이트 물질의 분해로 인해 수명이 현저하게 단축되는 문제점들을 가지고 있다.

한 교수팀은 이러한 불안정성 문제를 종합적으로 해결하기 위해 그래핀에 은(Ag) 나노입자를 담지한 p형 반도체 특성을 갖는 기능성 소재를 만든 후에 그래핀-은/페로브스카이트 복합소재를 제조했다. 그리고 처음으로 이를 페로브스카이트 태양전지 활성층에 적용해 태양전지의 수명과 안정성을 획기적으로 향상시키는 결과를 얻었다.

이렇게 만들어진 태양전지는 광학적, 열적, 수분 안정성이 매우 우수해 330일이 지나도 태양전지 특성이 거의 100% 유지되는 결과를 얻을 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.

한윤봉 교수는 “이번 연구 결과는 페로브스카이트 태양전지의 안정성에 걸림돌이 되고 있는 문제점들을 개선한 것”이라며 “태양전지를 실용화하는 데 한 걸음 다가선 연구로 의미를 갖는다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 미래창조과학부가 주관하는 BK21플로스 사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
/장은성 기자