UNIST(총장 이용훈)는 박혜성 신소재공학과 교수팀이 고효율·장수명 페로브스카이트 태양전지를 진공 박막 증착 공정으로 제조하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 

진공 박막 증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식으로, 대형 OLED TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다. 이번에 연구팀이 개발한 페로브스카이트 태양전지는 태양광-전기 변환 효율이 21.4%를 기록했는데, 이는 진공 박막 증착 공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 최고 수준이다. 아울러 전지 전체를 보호물질로 감싸는 봉지 막(encapsulation) 공정 없이도 60~70% 습도에서 1000시간 전지를 작동시켰을 때, 초기 효율의 60% 이상을 유지했다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질 바로 위에 얇은 막(passivation layer)을 형성시켜 수분과 열에 약한 페로브스카이트를 보호한다. 하지만 기존에 보호 기능이 뛰어난 것으로 알려진 '루델스덴-포퍼' 구조 피막은 내부 입자 배열이 불규칙해 전기 생성 효율을 떨어뜨렸다. 무질서한 입자 배열 때문에 전하 입자(전자)가 전극까지 제대로 흘러 들어가지 못한 것이다.

이에 연구팀은 내부 원자의 정렬 방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 이 같은 문제를 해결했다. 증착 과정에서 박막 형성 속도와 같은 공정 변수를 조절하는 기술을 활용한 것. 이 보호 피막을 입힌 페로브카이트 태양전지는 수분뿐만 아니라 열 내구성 실험에서도 우수한 성능을 보였다.

박혜성 교수는 "박막 증착은 페로브스카이트 태양전지를 상용화 가능한 큰 크기로 제작하는 데 매우 유리한 제조방식"이라며 "이번 연구에서 개발한 진공증착 기반 보호 피막 기술은 페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 탠덤 태양전지(실리콘 전지와 페로브스카이트 전지를 결합한 전지), 페로브스카이트 기반 발광다이오드, 광센서 등에도 응용할 수 있을 것"이라고 기대했다. 

한편, 이번 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 한국과학기술연구원의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 온라인 공개됐다.