태양전지 효율과 수명을 동시에 높이기 어려운 문제를 해결한 기술이 개발됐다. 고효율과 장기 안정성을 함께 확보한 차세대 태양전지 구현 가능성이 제시됐다.

KAIST는 생명화학공학과 서장원 석좌교수 연구팀이 한국화학연구원과 공동으로 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 개선하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 효율로 주목받고 있지만 고온·고습 환경과 장시간 광 노출에서 성능이 저하되는 문제가 상용화의 제약으로 지적돼 왔다.

연구팀은 2차원 보호막 구조를 정밀하게 제어하는 방식으로 문제를 해결했다. 기존 3차원 페로브스카이트 위에 2차원 층을 결합하는 구조에서 한계를 보완해, 보다 안정적인 디온-재콥슨(DJ) 구조 보호막을 도입했다.

또 보호막 내부에서 페로브스카이트 층의 적층 구조를 의미하는 ‘n값’을 열처리 조건으로 제어해 전하 이동 효율과 구조 안정성을 동시에 개선했다. 이 과정에서 계면 구조가 재배열되는 원리도 규명했다.

해당 기술을 적용한 태양전지는 전력변환효율 25.56%를 기록했다. 고온·고습 환경과 지속적인 광 조사 조건에서도 성능이 유지되는 것으로 확인됐다.

연구팀은 이 기술이 대면적 모듈 제작에도 적용 가능하다는 점에서 상용화 가능성이 있다고 설명했다.

서장원 교수는 “효율과 수명 간 상충 문제를 구조 설계로 해결한 사례”라며 “공정 안정성이 높아 산업 적용에도 활용될 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘줄(Joule)’에 게재됐다. 한국연구재단과 한국화학연구원 지원으로 수행됐다.