전북대학교 한윤봉 교수팀(공대 화학공학부)이 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지용 기능성 복합소재를 개발, 에너지 분야 세계적 학술지인 『Nano Energy』 최신호(vol. 64 (2019) 103964)에 게재돼 세계 학계의 주목을 받고 있다.
‘페로브스카이트 태양전지’는 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지로 각광을 받고 있다. 그러나 광학적, 열적 불안정성과 이온들의 이동과 물에 의한 페로브스카이트의 분해로 인해 수명이 현저하게 단축되는 문제점을 가지고 있다.
한 교수팀은 그간 페로브스카이트 태양전지의 안정성 문제를 해결하기 위해 복합소재 제조와 계면공학 기술 등을 적용하여 페로브스카이트 태양전지의 수명을 크게 향상시킬 수 있음을 『Nano Energy』(IF=15.548)와 『ACS Energy Letters』(IF=16.331)에 지난 2년간 5편의 논문으로 발표한 바 있다. 그러나 여전히 유해한 독성 유기용매를 사용하는 문제를 갖고 있었다.
이번에 개발한 기술은 이러한 유해한 독성 유기용매 사용의 문제를 극복한 것. 구리와 산화니켈, 산화알루미늄, 탄소, 흑연 등을 페로브스카이트와 혼합하여 새로운 조합을 갖는 기능성 복합소재를 제조해 활성층과 전자수송층 및 계면층에 적용하고, 독성 유기용매를 사용하지 않는(antisolvent-free) 공정으로 대기 중에서 태양전지를 제조함으로써 안정성 문제를 종합적으로 해결하는 기술이다.
제조한 페로브스카이트 태양전지는 효율(18.6 %)과 재현성이 우수했으며, 광학적, 열적, 수분 안정성이 매우 우수하여 280일이 지나도 태양전지 효율이 94% 이상 유지되는 결과를 얻을 수 있었다.