[시선뉴스 이호 / 디자인 이연선] 국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지의 고효율·고안정성·대면적 모듈화가 가능해 상용화를 앞당길 수 있는 박막기술을 개발했다고 밝혔다.페로브스카이트 태양전지는 어떤 전지이며 왜 차세대 태양전지로 주목받는 것일까?

2005년 일본 토인요코하마대학의 미야사카 쓰토무 교수는 페로브스카이트(perovskite)라는 결정에 반도체 특성이 있어 태양전지로 응용할 수 있다는 사실을 발견하였고 2006~2009년에 학회 및 논문으로 발표하였다.

‘페로브스카이트’는 광물인 칼슘티타네이트(CaTiO₃)와 같은 구조를 갖는 화합물로 제조비용이 현재 사용되고 있는 실리콘 태양전지의 5분의 1정도에 불과함에도 불구하고 실리콘 태양전지와 거의 비슷한 성능을 보여 세계적으로 상용화 경쟁에 돌입해 있는 상태다.

또한 기존의 실리콘 태양전지는 제조 공정이 복잡했지만 페로브스카이트 태양전지는 원료를 잉크처럼 칠하면 필름 형태의 얇은 전지로 만들 수 있어 유연하게 구부릴 수 있고 가볍게 제작할 수 있다. 이런 특성으로 인해 자리를 많이 차지해야 했던 기존의 실리콘 태양전지를 설치하지 못했던 빌딩의 벽면이나 기둥, 자동차의 지붕 등 곡면에도 설치가 가능하게 된다.

하지만 페로브스카이트 태양전지는 내구성이 약하고 제조할 때 사용되는 소재의 가격이 비싸며 높은 전도를 확보하기 위해 첨가하는 친수성 첨가제가 안정성에 치명적 문제를 일으키는 등 해결해야 할 과제를 안고 있다. 이에 일본과 영국, 한국에서 이런 과제를 해결하기 위해 활발한 연구를 진행하고 있는 상황이다.

그리고 28일 한국화학연구원 화학소재연구본부 서장원 박사팀은 국제학술지 '네이처'(Nature)를 통해 빛을 받아 발생한 정공(+)을 전극으로 이동시키는 ‘정공수송층’ 역할을 하는 '전도성 고분자'의 활용을 극대화할 수 있는 페로브스카이트 박막(DHA : 이중층 할로겐화물) 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 정공수송소재로 유기태양전지에 사용되고 있는 전도성 고분자 'P3HT'(poly 3-hexythiophene)에 주목했으나 전력변환효율이 단위소자 기준으로 16% 정도에 그치는 문제가 있었고 이를 해결하기 위해 태양광을 흡수하는 3차원 결정구조를 갖는 페로브스카이트 할로겐화물 박막 표면에 신규 할로겐화물 박막을 형성시켜 이중의 층을 갖는 할로겐화물(DHA) 구조를 만드는 박막기술을 개발하였다.

이 기술이 적용된 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 계면의 물리적, 전기적 특성이 향상되고, 친수성 첨가제 없이 자가조립(self-assembly) 되는 P3HT의 특성으로 안정성과 정공수송 효과가 극적으로 상승했다고 밝혔다.

발전에 속도가 붙고 있는 페로브스카이트 태양전지. 이 태양전지는 아직 실리콘 태양전지보다 내구성이 약하고 태양광발전소와 같은 대규모 시설 도입에는 불리한 상황이다. 하지만 현재까지 태양전지를 설치하지 못했던 장소에서 발전이 가능하여 소비전력이 많은 빌딩이나 상업시설의 전력을 보충하는 역할을 해낼 수 있고 맥박 측정 등의 건강을 관리하는 용도나 옷, 가방 등에 적용이 되어 스마트폰을 비롯한 모바일기기의 충전도 가능하게 되는 등 그야말로 차세대 발전기술이 아닐 수 없다.

재생에너지의 중요성은 날로 높아져가고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 획기적으로 태양열을 전기로 전환시킬 수 있기에 차세대 신재생 에너지로 불린다. 이 페로브스카이트 태양전지를 상용화 할 수 있게 된다면, 노벨상 수상도 꿈이 아니게 될 수 있을 것이다.

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