켄텍-한국화학연구원 공동연구팀, 고효율· 고안정성 페로브스카이트 모듈 개발

정의혁 한국에너지공대 교수팀의 연구결과 자료. /사진제공=한국에너지공과대학교

한국에너지공대(이하'켄텍')는 정의혁 교수와 전남종 한국화학연구원 책임연구원 공동연구팀이 고성능 페로브스카이트 모듈 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.

공동연구팀은 전자 수송 제어 물질인 산화주석 (SnO2) 나노 입자 분산액의 산성도 조절을 통해 균일성 확보 및 결함 제어를 한 고품질 전자 수송층 구현을 통해 페로브스카이트 모듈을 개발했다.


페로브스카이트 태양전지는 유무기 하이브리드 페로브스카이트를 포함하는 기술로 최근 MIT 테크놀로지 리뷰가 2024년도 10대 기술로 선정했을 만큼 친환경 에너지 분야에서 주목받고 있다. 기존 실리콘 태양전지에 비해 얇고 가볍고 유연 특성을 가질 수 있어 상업화를 위해 대면적화 연구가 중요한 시점이다.

공동연구팀은 전자수송층으로 적합한 주석 산화물 SnO2 박막을 기존 방법으로 대면적화하는 과정에서 마이크로 스케일의 결함과 불균일성을 갖는다는 것을 발견하고 이를 해결할 방법에 대한 연구를 진행했다.

연구팀은 SnO2 나노입자 분산액에 미량의 산을 첨가해 pH를 조절하면 나노입자 표면에서 음전하를 갖는 산소 원자가 수산화 되고 입자 간 가교화가 일어나는 현상을 발견했다.

SnO2 나노 입자의 바뀐 표면 상태는 페로브스카이트 층과의 원치 않는 부반응을 억제할 뿐만 아니라, 표면 상태에 의해 유도되는 결함이 감소해 균일한 전자 수송층을 구현했다.


이러한 연구 결과를 활용하면 대면적 모듈의 크기가 커져도 효율의 감소율이 효과적으로 낮아지는 것으로 확인됐으며 24.5c㎡의 미니 모듈과 214c㎡의 서브 모듈에서 각각 높은 열-습도 테스트, 실외 구동 테스트를 거쳐 높은 안정성을 가지고 있음을 확인됐다.

연구 결과는 대면적 페로브스카이트 모듈 연구에 있어 전자수송층의 균일성과 결함 제어가 결정적인 역할을 한다는 사실을 밝혔고, 페로브스카이트 모듈 상용화에 교두보를 마련했다는 평가를 받고 있다.

해당 연구는 과기부, 한국연구재단 지원으로 수행됐다. 특허 등록 및 에너지 분야의 저명한 국제학술지인 Advanced Energy Materials 표지 논문으로 게재됐다.