성균관대 전일 교수팀, 천연 재료 기반 친환경·고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

성균관대학교는 성균나노과학기술원(SAINT) 전일 교수 연구팀이 천연 재료를 기반으로 한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 개발하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

이번 연구는 울산과학기술원(UNIST) 김동석 교수 연구팀과 공동으로 진행했다.

공동 연구팀은 천연 유래 소재인 수크로스를 열분해해 형성되는 캐러멜화 유도체(caramelized sucrose derivatives)를 태양전지의 첨가제로 활용했다. 수크로스는 일종의 비정제된 설탕으로, 사탕수수나 사탕무로부터 추출한 천연 물질이다. 정제·재결정한 수크로스는 강한 수소 결합으로 말미암아 성능 저하가 나타났다. 하지만 220℃에서 캐러멜화된 수크로스는 다량의 휴민(Humin, 탄소 기반 거대 분자 물질) 생성으로 인해 광활성물질인 페로브스카이트의 결정 성장을 도와 결함을 줄이고 전하 이동을 개선함으로써 뛰어난 성능을 보였다.

해당 페로브스카이트 태양전지는 천연 첨가제를 사용한 사례 중 최고 수준인 25.26%(공인 인증 25.07%)의 전력 변환 효율(PCE)을 달성했다. 또한 1000시간 연속 광 조사 이후에도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 탁월한 장기 안정성을 입증했다. 공인 인증은 대구테크노파크(DGTP)에서 받았다.

전일 교수는 "생물학적 유래 소재 활용에 대한 선례를 확립한 의미 있는 연구"라며 "지속 가능한 친환경 기술로서 앞으로 차세대 광전변환소자나 디스플레이 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 에너지 소재 분야의 세계적인 학술지인 '첨단 에너지 소재(Advanced Energy Materials)'에 지난 9일 실렸다. 성균관대 이일현 박사과정생, 한지예 박사와 UNIST 신윤섭 박사 등이 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 일본 학술진흥회(JSPS KAKENHI)의 지원을 받아 수행됐다.