UNIST, 그래핀 활용 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발
UNIST, 그래핀 활용 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발
  • 강은정 기자
  • 2020.05.28 20:07
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금속-유도 분해 현상 억제 안정성 향상

UNIST 연구진이 효율이 높고 가격이 저렴해 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 안정성을 높일 전극을 개발했다고 28일 밝혔다.

UNIST 에너지 및 화학공학부 박혜성 교수팀은 '그래핀 중간층을 삽입한 고성능 금속 기반 유연 투명 전극'을 개발해 태양전지의 고질적인 문제로 지목된 '금속-유도 분해 현상'을 억제해 안정성을 크게 끌어올렸다.

빛 에너지를 전기 에너지로 만들거나, 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸는 '광전소자'에는 투명하고 전자를 잘 이동시키는 전극이 들어간다.

지금까지는 금속산화물 기반 전극(ITO)을 사용했는데 딱딱하고 쉽게 부서지는 성질이 있어 웨어러블 디바이스에 적용하기 힘들었다.

특히 이 전극을 페로브스카이트 태양전지에 적용하면 페로브스카이트(광활성층)에 포함된 할로겐 원소가 금속산화물 쪽으로 이동해 전극과 광활성층이 동시에 분해되는 문제가 있었다.

연구팀은 그래핀 층을 삽입하는 방법으로 이 문제를 해결했다. 그래핀은 전기 전도도가 높아 전자를 잘 통과시키지만, 원자가 이동하지 못하게 막는 '불침투성'이 있다. 그래핀을 금속 투명 전극과 페로브스카이트 광활성층 사이에 중간층으로 삽입하면, 전자(전하)는 잘 흐르지만 할로겐 원소는 이동하지 못하게 된다.

연구팀이 그래핀 중간층이 삽입된 전극을 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과, 전지는 16.4% 광전변환효율을 기록했고 1,000시간이 지나도 초기 효율의 97.5% 이상을 유지했다.

또 5,000번의 굽힘 시험 후에도 초기 효율의 94%를 유지하는 등 기계적 내구성이 우수해 차세대 웨어러블 소자에 응용 가능함을 보였다고 연구팀은 설명했다.  강은정기자 uskej@


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