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  • 2018.12.11(화) 12:47
에너지산업
납 제거 고효율 차세대 태양전지 ‘한걸음 더’

광주과기원·울산과기원 공동개발
납 대신 주석으로 안정·효율 확보

/김경석 기자 nicepen@asiaee.net
2018년 12월 04일(화) 18:10
납 없는 페로브스카이트를 활용한 유기염료 감응형 태양전지.
 광주과학기술원(GIST)과 울산과학기술원(UNIST)이 태양전지 주재료 가운데 중독 우려와 대기중 불안정성 문제가 심각한 납(Pb)을 제거한 상태로 사용할 수 잇는 가능성을 제시해 주목받는다.

 GIST 방윤수 교수팀과 UNIST 권태혁 교수팀은 4일 “차세대 에너지인 태양전지의 재료로 ‘납 없는 페로브스카이트’((Pb-free Perovskite)를 활용할 수 있는 가능성을 제시했다”고 밝혔다.

 광주·울산 과기원 공동연구팀에 따르면 차세대 태양전지 소재로 주목받는 ‘납 페로브스카이트’(Pb-based Perovskite)는 값싸고 광전효율도 높지만, 납 중독과 대기 중 불안정성으로 상용화가 어렵다.

 이 때문에 납 없는 페로브스카이트가 대안으로 제시됐으나 효율이 낮아 활용하기가 힘든 상황이었다.

 이에 연구팀은 납(Pb) 대신 주석(Sn)을 쓰는 무납 페로브스카이트 물질을 개발하고 유기염료 감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)에서 전하를 전달하는 역할로 활용해 효율과 안정성을 높이는데 성공했다.

 이들은 공동 연구를 통해 무납 페로브스카이트 물질에서 전하가 전달될 때 ‘표면 상태’에서 이뤄진다는 점을 밝혀냈다.

 이를 바탕으로 연구진은 무납 페로브스카이트 물질을 유기염료 감응형 태양전지의 전하 재생제로 활용해 하이브리드 태양전지를 제작했다.

 유기염료 감응형 태양전지는 햇빛을 받아 산화된 유기염료가 전하를 받고 원래대로 되돌아가려는 과정에서 전류가 생성되는 원리다. 전하 재생제는 전하를 전달해 유기염료를 원래대로 재생시키는 물질이다.

 연구진이 제작한 하이브리드 태양전지는 기존 전지보다 전하가 잘 전달돼 전류 발생이 80%가량 높아진 것으로 나타났다.

 연구진은 “납 없는 페로브스카이트가 나아갈 방향 중 하나로 유기염료 감응형 태양전지를 융합한 ‘하이브리드 태양전지’를 제시했다”며 “이번에 밝힌 전하 전달 메커니즘을 활용하면 무납 페로브스카이트를 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

 이번 연구 결과는 재료 화학 분야의 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’(Advanced Energy Materials) 최신호 온라인판에 게재됐다.
/김경석 기자 nicepen@asiaee.net
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