[디지털투데이 이재익 기자] 이광희 GIST 교수(신소재공학) 연구팀이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지 소자의 낮은 재현성 원인을 규명하고 에너지 전환효율 및 재현성이 우수한 태양전지를 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 결정구조를 가지는 유·무기 복합 이온성 결정소재를 광활성층으로 이용한 태양전지다. 용액공정으로 인한 쉬운 소자 제작공정과 에너지 전환효율이 20%가 넘는 높은 소자 성능으로 인해 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 내부 결함이 제작 환경에 민감하게 변하기 때문에 성능의 균일함을 뜻하는 재현성이 낮아 상업화에 있어 큰 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 재현성 문제의 원인에 대해 기존 연구들과 달리 유·무기 복합 페로브스카이트 층이 형성될 때 발생되는 구조적 결함의 밀도 및 분포가 광전하 수집율을 저하시키는 요인이며, 특히 태양전지 내에서 광전하에 작용하는 전기력이 약할 경우 구조적 결함의 상대적인 영향력이 커져서 소자의 성능 및 재현성이 저하될 수 있다는 것을 최초로 밝혔다.

뿐만 아니라 페로브스카이트 태양전지 소자 성능의 낮은 재현성 문제를 해결하기 위해 소자 내부에 전기장을 강화시킬 수 있는 전기쌍극자 기반의 공액고분자 전해질을 페로브스카이트 층과 두 전극 사이에 각각 도입해 페로브스카이트 층에 인가되는 전기장의 세기를 강화시켰으며, 그 결과 소자의 에너지 전환효율이 약 20%를 달성함과 동시에 소자 간의 성능 편차를 1/2 수준으로 낮춤으로써 페로브스카이트 태양전지의 재현성을 획기적으로 향상시키는 가능성을 제시했다.

이광희 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 효율 및 재현성 저하 원인을 밝히고, 이를 계면 공학적 방법으로 해결해 소자의 재현성을 약 2배 향상시켰다. 상용화에 있어 중요한 전환점이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.