페로브스카이트 태양전지를 친환경 용매로 제조해 인체ㆍ환경 유해성을 극복할 수 있는 핵심기술을 전북대 유연인쇄전자전문대학원 나석인 교수팀(권성남 연구교수, 상레이수실 박사과정생)이 개발해 화제가 되고 있다.

이 연구성과를 담은 논문은 에너지소재 분야 세계 최고 학술지인 '어드벤스드 에너지 머터리얼(Advanced Energy Materials' 최신호에 게재됐다.

연구진에 따르면 저독성 용매인 디메틸설폭사이드(DMSO)를 단일 용매로 사용한 페로브스카이트 전구체 잉크를 개발, 이의 유변학적 특성 및 슬롯다이(slot-die) 코팅 특성을 개선하기 위해 항용매(antisolvent)를 소량 첨가했다.

이와 같이 개선된 디메틸설폭사이드 기반 페로브스카이트 전구체 잉크는 표면장력이 낮아져 슬롯 다이 공정에 적합했으며, 국부적으로 과포화된 페로브스카이트를 형성함으로써 고품질 페로브스카이트 박막을 형성할 수 있도록 한다는 것을 확인했다.

특히 디메틸설폭사이드 기반 페로브스카이트 전구체 잉크를 슬롯다이 코팅 공정에 적용한 결과, 이를 이용한 슬롯 다이 코팅 기반 페로브스카이트 태양전지는 20.61%의 단위 셀 효율과 18.66%의 미니 모듈 효율을 보였고, 4,320시간 동안 85%의 효율(단위 셀, N2 가스 분위기) 및 1,920시간 동안 83%의 효율(단위 셀, N2 가스 분위기)을 유지하는 등 높은 효율과 장기구동 안정성까지 가진 것으로 확인됐다.

권성남 연구교수는 “이번 연구성과는 향후 페로브스카이트 잉크를 설계하기 위한 전략과 친환경 공정을 기반으로 하는 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 위한 중요한 전환점이 될 것”이라며“향후 프린팅 공정 기반 고효율 페로브스카이트 태양전지 기술 확보를 위한 친환경 페로브스카이트 잉크 및 공정 연구를 지속할 것”이라고 밝혔다.

/장은성 기자