▲ (왼쪽부터) 서유현 박사과정, 정희석 박사, 나석인 교수

전북대학교 나석인 교수(유연인쇄전자전문대학원) 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 변온에 따른 구조변화와 성능 저하 원인을 규명했다.

서유현 박사과정생, 한국기초과학지원연구원 정희석 박사로 이뤄진 공동연구팀은 실시간 투과전자현미경을 사용해 이를 확인했다고 밝혔다.

결과는 에너지 분야 저널 <나노 에너지(Nano Energy)·IF=16.602> 7월 29일자 온라인 판에 실렸다.

‘페로브스카이트 태양전지’는 우수한 전기적 광학적 특성을 앞세워 25%이상 전력 변환 효율을 달성하는 등 상용 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지 재료로 주목받는다.

그러나 페로브스카이트가 열에 취약해 고안정성을 요구하는 상용 태양전지에 적용하는 건 과제다.

열에 지속적으로 노출된 페로브스카이트는 여러 이유로 열분해 가능성이 높아지는데 이는 요오드화 납 침전물과 공극을 유도한다. 결국 소자 성능과 수명을 단축한다.

페로브스카이트 열분해 특성 규명을 위한 연구들이 있었으나 분해 반응이 종료된 뒤 상황을 간접적으로 조사하는 연구가 주를 이뤘다.

눈에 보이지 않는 나노스케일의 제한된 구조 안에서 분해과정을 실시간 추적하고 시각화하는 게 어려워서다.

연구팀은 100억분의 1미터를 분석할 수 있는 한국기초과학지원연구원 수차보정 투과전자현미경(in-situ TEM)을 활용, 열을 가함과 동시에 페로브스카이트 태양전지 열적 분해를 실시간 관찰했다.

온도가 증가함에 따라 특정 온도 구간에서 페로브스카이트가 요오드화 납으로 분해되는 걸 포착했다. 그에 따른 박막 내부 공극 형성과 전지 내부 원소이동을 확인했다.

열분해 뒤 TEM 회절을 분석해 조대한 납 형태 침전을 발견했으며 이러한 결함들이 전지에 미치는 영향을 교차 점검했다.

온도변화에 따른 페로브스카이트 태양전지 구조변화와 성능 저하의 원인을 규명한 것.

연구팀은 “열분해 특성 이해를 높이고 고내구성 태양전지 설계와 제조에 중요한 실마리를 제공했다”고 의미를 밝혔다.

연구는 ‘한국전력연구원(주력연구사업)’ ‘한국연구재단(기초연구사업)’ ‘한국산업기술진흥원(산업전문인력역량강화사업)’ 지원으로 이뤄졌다./이수화기자‧waterflower20@