박민우 교수, 고성능 플렉서블 페로브스카이트 태양전지 개발로 국제 저명 학술지 게재
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- 작성자 커뮤니케이션팀
- 보도일자 2016-11-01
우리대학 화공생명공학부 박민우 교수는 지난 10월 27일 건물 일체형 태양전지와 웨어러블 디바이스의 보존 전력원으로 사용될 수 있는 고성능 플렉서블 페로브스카이트 태양전지 개발에 성공했다고 밝혔다.
이번 연구는 박 교수와 한국과학기술연구원 고민재 박사 팀이 공동으로 수행하였으며 연구결과는 재료공학분야에서 저명한 저널인 Nano Energy(IF=11.553)에 8월과 10월 각각 게재됐다.
(논문명: Low-temperature solution-processed Li-doped SnO₂ as an effective electron transporting layer for high-performance flexible and wearable perovskite solar cells // A tailored TiO₂ electron selective layer for high-performance flexible perovskite solar cells via low temperature UV process)
박 교수에 따르면 태양전지에서 광흡수 층으로 사용되는 유-무기 페로브스카이트는 최근 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 유력한 후보로 거론될 정도로 낮은 단가 대비 높은 광전변화 효율을 지니고 있다. 이 페로브스카이트 태양전지가 높은 광전변화 효율을 갖기 위해서는 흡광물질과 더불어 전하를 이동시키는 전하 수송층의 전기적, 광학적 특성이 잘 제어가 돼야 하는데, 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 금속 산화물의 전하 수송층은 고온 소성과정을 거쳐야 높은 전하 이동도를 보여준다. 그러나 플라스틱 기판을 적용하여 제조한 플렉서블 페로브스카이트 태양전지의 경우 200도 이하의 저온 공정이 필수적이기 때문에 저온에서 만들어진 금속산화물에는 불순물이 많아 전하 이동도가 낮아져서 태양전지의 효율을 저하시키는 주요인이 된다.
(출처: 上 - Nano Energy 2016, 28, 380 / 下 - Nano Energy 2016, 26, 208 )
이러한 한계를 극복하기 위해 박민우 교수와 한국과학기술연구원 고민재 박사 팀은 용액 공정을 이용하여 고품질의 금속 산화물 나노크리스탈을 합성하고 이를 균일한 박막으로 만드는 데 성공했다. 이를 플렉서블 페로브스카이트 태양전지에 적용했을 경우 14~16%의 높은 광전변환 효율을 보여주었다. 박 교수는 “본 기술을 이용해 고품질의 전하 수송층이 적용된 플렉서블 페로브스카이트 태양전지는 향후 웨어러블 디바이스의 보조 전력원으로 활용될 수 있을 것이라 기대한다”고 말했다.
이 외에도 박 교수는 전도성 고분자의 1차원 결정을 용액 내에서 성장시킨 후 이를 플렉서블 페로브스카이트 태양전지의 홀 수송층으로 사용할 경우, 결정성이 낮은 전도성 고분자를 사용했을 때보다 평균 2%이상의 광전변환 효율을 높일 수 있었으며 넓은 면적에서도 태양전지의 성능이 일정하게 나올 수 있음을 증명했다.
(논문명: High-performance flexible and air-stable perovskite solar cells with a large active area based on poly(3-hexylthiophene) nanofibrils)
(출처: J. Mater. Chem. A 2016, 4, 11307)
이 연구는 한국연구재단 신진연구사업의 지원을 받아 우리대학 화공생명공학부에서 단독으로 수행했으며 지난 8월 에너지 분야의 저명한 저널인 Journal of Materials Chemistry A (IF = 8.262)의 back cover article로 선정됐다.