UNIST(총장 이용훈)는 김진영 교수팀과 김동석 한국에너지기술연구원 박사팀, 스위스 로잔공대(EPFL) 연구진이 공동으로 효율 25.6%에 이르는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 6일 밝혔다. 

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트를 광활성층으로 사용해 태양광으로부터 전류를 생산한다. 제조가 간편하고 저렴해 태양광 발전 단가를 낮출 것으로 기대되는 물질이다. 실리콘 태양전지 효율과 내구성에는 미치지 못하지만 이를 개선하려는 연구들이 활발하다. 

연구팀은 페로브스카이트를 구성하는 음이온 일부를 다른 물질로 교체해 전지 효율과 내구성을 향상시켰다. 페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체구조(결정)를 갖는다. 

기존에는 페로브스카이트를 구성하는 음이온에 아이오딘이나 브롬 이온이 주로 쓰였다. 그러나 연구팀은 음이온 일부를 유사할로겐 음이온 물질인 포메이트(HCOO-)로 교체했다. 
 

포메이트는 금속 양이온과 상호작용해 결합력을 강화하고, 규칙적인 입체구조가 단단히 성장하도록 만든다. 이는 포메이트를 첨가하지 않은 페로브스카이트 전지 대비 효율을 10% 이상 끌어올렸다. 또한 페로브스카이트 소재를 기반으로 한 디스플레이 등 광전소자 개발에도 도움이 될 전망이다. 

김진영 에너지화학공학과 교수는 "아이오딘(I-)이나 브롬(Br-) 이온만을 음이온 자리에 쓸 수 있다는 고정관념을 깼다"며 "포메이트의 크기가 기존 음이온과 비슷하다는 데서 착안했다"고 설명했다.
 

연구 결과는 과학 학술지 네이처(Nature)에 5일 자로 게재됐다. 전지의 전력변환효율은 현재 논문 출간된 효율 중 최고 효율인 25.6%를 기록했으며,  미국의 공인인증기관인 Newport사 에서도 25.21±0.8%의 전력 변환 효율을 인증받았다.

이번 연구는 페로브스카이트 발광 다이오드, 센서와 열전소자 등 연구에 활용될 것으로 전망된다. 또 필름을 코팅할 때 사용하는 용액공정으로 제작하면 구부러지는 웨어러블 기기에도 적용할 수 있다.