[글로벌대학팀 김선영 기자] 경북대학교 신소재공학과 이상욱 교수팀은 고려대학교 김동회 교수팀, 성균관대학교 박지상 교수팀과의 공동 연구를 통해 ‘올-페로브스카이트(All-perovskite) 탠덤 태양전지’의 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다. 이번 연구는 리튬염을 활용하여 결함을 제어하는 방법을 통해 차세대 에너지 기술의 발전을 이끌 것으로 기대된다.

페로브스카이트 태양전지는 얇고 유연하며 생산 비용이 저렴하고 높은 효율을 낼 수 있어 기존 실리콘 태양전지를 대체할 유력한 기술로 떠오르고 있다. 특히, ‘올-페로브스카이트 탠덤 태양전지’는 서로 다른 파장의 빛을 흡수할 수 있는 두 개의 페로브스카이트 층을 결합하여 기존 단일 접합 태양전지보다 더 높은 효율을 구현한다. 이로 인해 웨어러블 기기와 우주 태양전지 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다. 그러나 하부 셀에 사용되는 주석-납 혼합 페로브스카이트 층은 결함이 많고 산화에 취약하여 상용화에 큰 장애물이 되어왔다.

연구팀은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐이미드, Li-TFSI)라는 리튬염을 활용해 주석-납 혼합 페로브스카이트 소재의 표면과 내부 결함을 동시에 비활성화(passivation)하며 에너지 손실을 줄이고 성능을 극대화하는 기술을 개발했다. 리튬 이온(Li⁺)이 내부 결함을 보완하고, TFSI⁻ 이온은 표면 결함을 제거해 전하 재결합을 억제하여 전력변환효율을 27.47%까지 향상시켰다. 또한, TFSI⁻ 이온은 산화로부터 소재를 보호하여 장기적인 안정성도 크게 개선했다.

이상욱 교수는 "리튬염을 활용해 페로브스카이트 탠덤 태양전지의 성능과 안정성을 동시에 향상시킨 이번 연구는 차세대 태양전지 기술의 상용화 가능성을 높이는 중요한 성과"라고 밝혔다.

이번 연구의 제1저자는 윤영훈 박사(2022년 8월 경북대 졸업, 현 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지연구소 연구원)이며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 ‘인포맷(InfoMat)’의 표지논문으로 4월 14일에 발표됐다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr