성균관대학교(총장 유지범)는 신성식 교수 연구팀이 하나의 장치로 낮에는 태양광을 받아 전기를 만들고, 밤에는 빛을 내는 ‘태양전지+LED 소자’를 구현할 수 있는 무결점 소재를 개발했다고 29일 밝혔다.

이번에 개발된 소재는 전자를 잘 전달하는 ‘SnO₂’라는 물질을 더 깨끗하고 균일하게 만드는 데 성공한 것이다. 기존에는 이 물질 내 결함이 많아 재결합이 발생하는 문제가 있었으나, 연구팀은 리간드로 사용된 시트르산을 과량으로 첨가하여 이러한 문제를 해결하는 데 성공했다. 이를 통해 결함 생성이 억제된 무결점 소재를 합성할 수 있게 되었다.

그 결과, 이 무결점 소재 기반의 태양전지는 빛을 받아 전기를 만드는 효율이 26.4%로 매우 높았고, 동시에 빛을 내는 LED 효율도 24.8%에 달했다. 이처럼 하나의 장치에서 두 가지 기능을 모두 잘 해낸 것은 세계적으로도 드문 일이다.

이번 연구 성과는 하나의 소자에서 고성능 페로브스카이트 태양전지와 고성능 LED를 동시에 구동할 수 있는 무결점 소재를 개발한 데에 의의가 있다.

또한 이 기술은 복잡한 장비 없이도 간단하고 빠르게 만들 수 있어서, 앞으로 태양전지나 조명 제품을 더 싸고 쉽게 생산하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

신성식 교수는 “이번 연구로 고성능 태양전지와 LED를 동시에 구현할 수 있는 길이 열렸다”라며 “친환경 에너지를 더 널리 활용할 수 있는 발판이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 이루어졌으며 지난 4일 온라인 게재되었다.

한편 이 기술은 울산과학기술원(UNIST), 한국화학연구원과 함께 공동으로 연구해 세계적인 과학 저널 네이처 에너지(Nature Energy, IF: 60.1) 6월호 표지논문으로 실렸다.