아주대 연구진, 신개념 태양전지 요소기술 개발

박희준 아주대 전자공학과 교수(사진=아주대 제공)

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 차세대 태양전지의 효율성을 극대화할 새로운 기술을 개발했다.

아주대는 박희준 전자공학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지에 쓰이는 정공 수송 층의 성능을 높일 신기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 해당 논문은 산업통상자원부·한국에너지기술평가원 등의 에너지인력양성사업 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 31일자로 게재됐다.

이번 연구논문의 교신저자는 박희준 교수가 맡았다. 아주대 대학원 석사과정 옥송아 학생이 제1저자로, 김종현 아주대 응용화학생명공학과 교수가 공동저자로 참여했다.

연구진은 태양전지의 성능을 높이기 위해 정공 수송 층에 주목했다. 이는 태양전지의 광활성 층에서 생성된 정공을 전극으로 전달하는 역할을 한다. 유기반도체 기반 정공 수송 층은 간단한 저온 용역 공정이 가능해 태양전지에 널리 활용돼 있다.

지금까지는 태양전지 성능을 높이기 위해 에너지 준위(energy level) 제어나 정공 수송 능력 향상에 초점을 맞춘 연구가 진행됐다. 하지만 박 교수팀은 유기 반도체 기반 정공 수송 층의 특성에 주목했다.

태양전지는 전공 수송 층에 지속적으로 빛이 들어오기 때문에 이를 구성하는 유기반도체 물질이 들뜬상태로 존재할 확률이 증가한다. 이러한 들뜬상태가 태양전지 동작에 중요 역할을 할 수 있다는 점을 새롭게 규명한 것이다.

연구팀은 전공 수송 층을 구성하는 쌍극자모멘트(dipole moment)를 제어함으로써 광활성 층에서 생성된 정공이 더 효과적으로 전극에 전달됨을 밝혀냈다. 그 결과 태양전지의 효율이 높아지고, 성능 저하의 원인인 자외선을 정공 수송 층이 흡수, 안정성까지 높아진다는 점을 확인했다.

박희준 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지뿐 아니라 유기반도체 정공 수송 층 적용이 가능한 여러 태양전지 소자에도 적용할 수 있는 기술”이라며 “고성능 정공 수송 층 개발을 위한 또 하나의 새로운 방법을 제시한 것으로 차세대 태양전지의 고효율화에 한 발짝 더 다가섰다”고 말했다.