UNIST, 친환경 페로브스카이트 태양전지 개발
UNIST, 친환경 페로브스카이트 태양전지 개발
  • 김수빈 기자
  • 2022.08.18 19:14
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석상일 에너지화공과 특훈교수팀 성과
독성 용매 대체 에탄올 처리 비용 낮고
25% 이상 효율로 저독성 중 가장 높아
석상일 UNIST 에너지화학공학과 특훈교수
석상일 UNIST 에너지화학공학과 특훈교수

친환경 용매를 이용해 고효율 페로브스카이트 태양전지를 만드는 기술이 개발됐다. 

그간 상용화의 걸림돌이던 독성 용매를 대체할 방법이라 파급력이 클 전망이다.

UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학과의 석상일 특훈교수팀은 '에탄올 기반의 친환경 용매'에 '할라이드 페로브스카이트(이하 페로브스카이트)'를 용해해 코팅하는 방법으로 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 기술을 개발했다. 

이렇게 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율은 25% 이상으로 현재 저독성 용매를 사용한 것 중에서 가장 높다. 

기존 페로브스카이트 태양전지 제조에서는 독성 용매인 '다이메틸포름아미드(DMF)'를 사용했다. 태양전지에 페로브스카이트를 얇게 코팅하려면 용매에 녹여야 하는데 다른 친환경 용매에서는 페로브스카이트를 녹일 수 없었기 때문이다.

석상일 특훈교수팀은 독성이 없으면서 페로브스카이트를 녹일 수 있는 용매 기반 물질로 '에탄올'을 선택했다. 
 

왼쪽부터 이용희 UNIST 에너지화학공학과 교수, 윤현성 연구원, 권형우 연구원. UNIST 제공
왼쪽부터 이용희 UNIST 에너지화학공학과 교수, 윤현성 연구원, 권형우 연구원. UNIST 제공

다음으로 페로브스카이트가 에탄올에 잘 녹을 수 있도록 착화합물(complex) 구조를 설계했다. 이를 이용해 '에탄올 기반의 페로브스카이트 전구체 용액(이하 에탄올-페로브스카이트 용액)'을 만들었는데, 이 물질은 친수성이라 산화물 전극 위에 잘 발라지며 코팅 중 2차 처리를 하지 않아도 매우 균일하고 치밀하게 페로브스카이트 박막 제조가 가능했다. 

이번 논문의 공동교신저자인 이용희 에너지화학공학과 교수는 "대면적 제조가 가능한 데다 용매의 처리 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 뜻깊은 연구"라며 "이번 논문에 새로운 공정에서 일어나는 과학적 원리를 밝혀 정리한 만큼 향후 다양한 친환경 용매로 확장 가능할 것"이라고 기대했다.

석상일 교수는 "페로브스카이트 태양전지 연구는 그동안 효율과 안정성 향상에 집중했는데 이제는 독성 용매 사용을 줄이거나 없애는 상용화 기반 연구가 더욱 중요한 시점"이라며 "이번 연구는 이 문제를 해결할 출발점"이라고 의미를 강조했다. 

이번 성과는 에너지 분야 최고 권위지인 '네이처 에너지(Nature Energy, Impact Factor: 67.439)' 18일(현지시각)자에 공개됐다.  김수빈기자 usksb@ 

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