장시간 구동 페로브스카 이 트 태양전지, 국내 연구진이 개발했다.

 UNIST 장 성 연 교수 팀·고려대 곽 상 규 교수 공동 연구 음극 중간 층 삽입한 페로 브스카 이 트 태양전지 개발 그린 수소 생산 기술에도 응용 어 드 밴 스드 에너지 머 티 리 얼 스 게재

   

광 전기 화학 장치의 개  략 도

금속 이온 확산에 대한 화학적 장벽 역할을 하는 페 릴 렌 디 이 미 드 분자를 활용해 안정성이 향상된 광 전기 화학 장치의 개 략 도 국내에서 페로브스카 이 트 태양전지의 안정성을 향상 시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 

  

높은 효율로 장시간 구동 가능해 페로브스카 이 트 태양전지 상용화와 그린 수소 생산 기술에도 영향을 미칠 전망이다.

UNIST(울산 과학 기술 원)는 에너지 화학 공학과 장성연·류정기·장지욱 교수 팀이 고려대학교 곽 상 규 교수 팀과 함께 높은 안정성과 효율을 가진 주석-납 할로겐 화합물 페로브스카 이 트 태양전지를 개발했다고 9일 밝혔다.

주석-납 할로겐 화물 페로브스카 이 트 활성 층과 금속 전극 사이에 특수 설계된 음극 중간 층을 삽입했다. 태양전지 소자의 안정성과 효율을 동시에 향상 하는 기술이다.

장 성 연 교수는 “개발된 태양전지를 광 전극으로 활용해 고효율의 그린 수소를 생산할 수 있는 광 전기 화학 소자의 새로운 구조를 제시했다”고 설명했다.

금속 할로겐 화물 페로브스카 이 트는 빛 에너지를 받아 전자를 방출하는 ‘광 전자’ 특성이 우수해 태양 에너지 응용 분야에서 유망한 재료로 꼽힌다. 특히 혼합 주석-납 할로겐 화물 페로브스카 이 트(TLHP)는 가시광선에서 근 적외선 영역까지 태양광 흡수가 가능해 고효율 태양전지 개발에 중요한 소재다. 하지만 TLHP는 납 기반의 페로브스카 이 트 보다 대기 중 안정성이 낮아 소재의 장점을 활용하기 어려웠다.

 

 

 류 정기, 장 지 욱, 장 성 연 교수,  최 유리 연구 조 교수, 

연구팀은 TLHP를 화학적으로 보호할 수 있는 음극 중간 층으로 지방 족 아 민 암모니아의 수소가 지방 족 탄 화 수소기로 치환된 화합물을 통틀어 이르는 말 기능 화 페 릴 렌 디 이 미 드를 도입했다. 페 릴 렌 디 이미 드는 빛을 받아 전력을 생산하는 광 활성 층인 페로브스카 이 트 의  상부 층에 삽입된다. 효율적으로 전자를 이동 시킬 뿐 아니라 화학적 장벽 역할 또한 수행해 안정성을 대폭 향상 시켰다.

페 릴 렌 디 이미 드를 적용한 소자의 경우, 높은 광 전 변환 효율(23.21%)을 보임과 동시에 60도에서 750시간 동안 작동했을 때도 초기 대비 81% 이상 효율을 유지하며 높은 안정성을 보였다.

연구팀은 개발된 기술을 수소 생산을 위한 광 전극으로도 활용했다. TLHP 기반의 광 전극을 농업 폐기물과 같은 목 질 계 바이오 매 스 분해 과정에서 나오는 전자를 활용했다.

장 성 연 에너지 화학 공학과 교수는 “이번 연구를 통해 주석-납 기반 페로브스카 이 트 태양전지의 큰 이슈 중 하나 였 던 소자의 장기 안정성을 획기적으로 증가 시켰다”며 “우리는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것에 그치지 않고 수소와 같이 산업의 기반이 되는 기초적인 화학물질을 친환경적으로 생산할 수 있는 단계까지 발전시키는 것이 최종 목표”라고 설명했다.

이번 연구는 UNIST Muhibullah Al Mubarok 석 ·박 통합 과정 연구원, 최 유리 연구 조 교수, Rashmi Mehrotra 석 ·박 통합 과정 연구원, 고려대학교 김 유진 석 ·박 통합 과정 연구원이 제 1 저자로 참여했다.

연구 결과는 어 드 밴 스드 에너지 머 티 리 얼 즈 에 11월 30일 자로 온라인 공개됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국 연구 재단(NRF)의 지원을 받아 이뤄졌다．