페로브스카이트 태양전지 구조와 밴드 정렬된 이종접합구조 모식도(성균관대 신현정 교수 제공) ©뉴스1

후처리(after treatment)가 필요 없는 간단한 용액 공정으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율(23.91%)을 실리콘 태양전지 효율(26.7%)에 가깝게 향상시킨 연구결과가 나왔다.
  
17일 한국연구재단에 따르면 성균관대 신현정·박남규 교수 연구팀이 연세대 박종혁 교수 연구팀과 함께 페로브스카이트 이종접합 구조에서의 전하거동 특성을 제어한 고효율 페로브스카이트 태양전지 구현에 성공했다.

태양전지의 광전변환효율은 광흡수층으로 쓰이는 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 얼마나 보완하고 제어할 수 있는지가 관건이다.  

표면의 납 및 요오드 계열의 결함 등이 광 흡수를 통해 만들어낸 광전하들을 가두는 트랩으로 작용해 광전변환 효율을 떨어뜨리기 때문이다.

연구팀은 광전변환 능력이 부족한 2차원 구조의 페로브스카이트와 광흡수층으로 사용하기에 적절한 밴드갭을 가지는 3차원 구조의 페로브스카이트 접합을 시도했다. 기존에도 2차원 및 3차원 페로브스카이트를 접합하려는 시도가 있었으나, 2차원 물질의 높은 생성 에너지로 인해 열처리 혹은 압력을 통한 후 공정이 요구되는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 열을 가하는 후처리를 생략할 수 있도록 자발적으로 2차원 평면 페로브스카이트 구조를 형성하기에 적합한 분자를 탐색했다.

이어 용매와 분자 사이 최적의 화학반응으로 3차원 페로브스카이트 표면에 2차원 형태의 입체 구조가 자발적으로 접합되도록 유도했다.

실제, 이렇게 만들어진 이종접합 구조에서는 계단식 에너지 밴드 정렬로 인해 전하수송이 원활해지면서 광전하 추출효율이 높아져 23.91%의 광전효율변환 특성을 보였다.
  
기존 단일 구조에서의 광전변환효율은 20.41% 수준이다. 한편, 이번 연구 성과는 에너지 신소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 9월20일자 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr