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5000번 굽혀도 이상 無···차세대 태양전지 기술 개발

UNIST '고성능 금속 기반 유연 투명전극' 개발
박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 '그래핀 중간층을 삽입한 고성능 금속 기반 유연 투명전극'을 개발했다.  차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 안정성을 크게 높일 것으로 기대된다.<사진=UNIST 제공>박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 '그래핀 중간층을 삽입한 고성능 금속 기반 유연 투명전극'을 개발했다. 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 안정성을 크게 높일 것으로 기대된다.<사진=UNIST 제공>


국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 안정성을 크게 높일 전극을 개발했다. 태양전지 고질적 문제로 지목되던 금속전극의 분해현상을 막아 가능했다.

UNIST(총장 이용훈)는 박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 '그래핀 중간층을 삽입한 고성능 금속 기반 유연 투명전극'을 개발했다고 28일 밝혔다. 

빛 에너지를 전기에너지로 만들거나 전기에너지를 빛 에너지로 바꾸는 '광전소자'에는 투명하고 전자를 잘 이동시키는 전극이 들어간다. 지금까지는 금속산화물 기반 전극(ITO)을 사용했지만 딱딱하고 쉽게 부서지는 성질이 있어 웨어러블 디바이스에 적용하기 힘들었다.

또 이 전극을 페로브스카이트 태양전지에 적용할 경우 페로브스카이트에 포함된 할로겐 원소가 금속산화물 쪽으로 이동해 금속전극과 광활성층이 동시에 분해되는 문제가 있었다.

연구팀은 이 문제를 그래핀 층을 삽입하는 방법으로 해결했다. 그래핀을 금속 투명전극과 페로브스카이트 광활성층 사이에 삽입해 전자는 잘 흐르지만 할로겐 원소는 이동하지 못하게 만든 것이다.

연구팀은 그래핀 중간층이 삽입된 '금속-그래핀 하이브리드 유연 투명전극'을 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과 16.4%의 광전변환효율을 얻을 수 있었다. 1000시간이 지나도 초기 효율의 97.5% 이상을 유지했고, 5000번의 굽힘 시범 후에도 초기 효율의 94%를 유지하는 내구성을 가져 차세대 웨어러블 소자 응용 가능성도 확인했다.

박혜성 교수는 "이번에 개발한 '그래핀 중간층 삽입' 방법은 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성 등을 크게 향상시켰다"며 "향후 태양전지뿐 아니라 LED, 스마트 센서 등 페로브스카이트 기반의 다양한 차세대 유연 광전 소자 개발에도 크게 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구 결과는 나노 레터스에 지난 13일자 온라인 출판됐다.
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