- 신개념 소재로 페로브스카이트 태양전지의 광전 변환 효율 24%까지 높이며 2달간 고온·고습 조건에서 초기 효율 91% 이상 유지

- 재료과학 분야 세계 권위의 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈’ 7월호에 연구 성과 게재

*사진 설명: (왼쪽부터) 가톨릭대학교 화학과 안병관 교수, 서울대학교 재료공학부 박수영 교수

 

가톨릭대(총장 원종철) 화학과 안병관 교수와 서울대 재료공학부 박수영 교수로 구성된 공동 연구팀이 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 효율과 수명을 동시에 높이는 세계 최고 수준의 정공전달 소재를 개발했다.

 

페로브스카이트 태양전지는 높은 광전 변환 효율로 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가장 유력한 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 하지만 핵심소재인 페로브스카이트가 열과 수분에 취약해 태양전지 소자의 수명을 단축한다는 치명적인 단점으로 그동안 상용화가 어려웠다.

 

가톨릭대 안병관 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 정공전달 소재를 새롭게 설계·개발해 높은 광전 변환 효율과 장기 안정성을 동시에 갖춘 페로브스카이트 태양전지 개발에 성공했다. 이번에 개발한 인돌로인돌(IDID) 정공전달 소재는 기존에 널리 활용되던 아릴아민(AA) 유도체 정공전달 소재보다 전하이동도·분자 간 상호작용·분자 배열·소수성 특성 등에서 모두 강점을 보여 태양전지 소자에 적용했을 때 24% 이상의 높은 광전 변환 효율을 보였다.

 

특히 인돌로인돌 정공전달 소재를 사용한 페로브스카이트 태양전지는 2달 이상 고온(85도) 및 습한 조건(85% 상대 습도)에서도 초기 광전 변환 효율을 각각 91%, 93% 이상 유지했다. 이는 지난 5년간 소개된 20% 이상의 광전 변환 효율을 가진 n-i-p 계열의 페로브스카이트 태양전지 중 가장 우수한 성능이다.

 

이번 연구 성과는 한국연구재단 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업의 지원으로 진행됐으며, 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials, IF 27.8(Clarivate Analytics, 2023))’의 7월호에 게재됐다.

 

가톨릭대 화학과 안병관 교수는 “세계 각국에서 광전 변환 효율을 높이는 동시에 장기 안정성을 갖춘 페로브스카이트 태양전지 개발을 위해 다양한 시도를 진행하고 있다”며 “이번에 개발한 페로브스카이트 태양전지용 정공전달 신소재인 인돌로인돌이 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당기는데 새로운 길잡이 역할을 할 것으로 기대 된다”고 말했다.

 

※ 추가 사진 

페로브스카이트 태양전지용 정공전달 신소재와 이를 적용한 태양전지 소자의 특성

 

※ 논문명 : Indoloindole-Based Hole Transporting Material for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Exceeding 24% Power Conversion Efficiency (doi.org/10.1002/aenm.202300219)

       ※ 대표 연구진 연락처 : 가톨릭대 화학과 안병관 교수 (02-2164-4694)

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