[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 국내 연구진이 기존 페로브스카이트 태양전지와 비교해 안전성과 경제성을 높인 태양전지용 전극을 개발했다.
5일 한국연구재단에 따르면 충남대 윤순길 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지를 저온(100℃)에서 제작할 수 있는 무(無)전사 그래핀 전극을 개발했다.
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* 페로브스카이트 태양전지 : 빛을 잘 흡수하는 유/무기 특성을 모두 지닌 하이브리드 소재인 페로브스카이트를 활용한 태양전지. 넓은 스펙트럼의 빛을 흡수할 수 있고 출력이 높아 주목받는다. * 그래핀 : 열과 전기가 잘 통하는 2차원 나노물질로 기계적 강도가 우수하며, 유연성과 투명성이 뛰어나 전극, 이차전지, 디스플레이 등에 폭넓게 응용될 수 있다. |
보통 그래핀은 원료를 고온(약 500℃~900℃)에서 가스 상태로 구리 같은 금속 박판 위에 흡착시키는 방식으로 만들어지는 데 흡착 후 박판을 제거하고 다른 기판으로 옮기는 전사공정이 필요하다.
전사과정에서 그래핀이 기판에 완전히 붙지 않거나 표면에 주름이 생기거나 내부에 금이 갈 경우 전극 특성이 현저히 저하된다.
이에 연구팀은 100℃ 이하에서 탄소를 타이타늄(10nm) 버퍼층에 흡착하는 방식으로 대면적(4인치 및 8인치 웨이퍼 스케일) 그래핀을 성장하는 다른 방식을 이용했다. 이 방식은 타이타늄 버퍼층이 그래핀의 투명도나 전기적 특성에 영향을 미치지 않아 별도의 기판으로 옮기는 전사과정을 생략할 수 있어 물성 저하를 막을 수 있다.
실제 이렇게 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 전사공정을 통한 그래핀 태양전지 대비 효율이 14.2%, 투명도는 약 26%로 향상됐다.
500시간 사용시 전사 공정된 그래핀 태양전지는 초기 효율보다 약 20% 감소를 보였으나 무전사 그래핀 전극은 약 13%의 감소에 그쳤고 유연성 측면에서 1,000 사이클에서 전사 공정된 그래핀 태양전지보다 7% 향상된 안정성을 보였다.
뿐만 아니라 연구팀은 그래핀을 페로브스카이트 박막으로 제조할 때 용액공정이 아닌 화학증착법을 이용하여 약 100℃에서 제작함으로써 공정의 복잡함을 크게 해소했다.
윤순길 교수는 “무전사, 저온공정에서 대면적으로 성장한 그래핀을 페로브스카이트 태양전지에 전극으로 활용해 태양전지의 유연성을 확보한 것”이라며 “장기안정성을 구현할 수 있어 실리콘 태양전지를 대체하고자 하는 페로브스카이트 태양전지의 한계성도 극복했다”고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구지원사업(중견연구자지원사업) 등의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’(Nano Energy) 8월26일자에 게재됐다.
