광주과학기술원 이광희 교수(신소재공학 부), 김희주 교수(에너지융합대학원) 공동 연구팀이 준이차원(qusai-2D)  페로브스카이트 소재에 간단한 후처리 기술을 적용해 소재의 결함을 해결하고, 효율 및 안정성을 확보한 태양전지 소재를 개발했다. 

페로브스카이트 태양전지는 기존의 상용화된 실리콘 기반 태양전 지와 비슷한 효율을 보여 차세대 태양전지로 주목받고 있지만 상용화를 위해선 효율뿐만 아니라 장기안정성 확보가 필수 적인데, 페로브스카이트 소재 자체의 흡습성적인 성질로 인한 소 자 성능 저하로 인해 장기안정성 확보에 큰 걸림돌이 되고 있다. 

뛰어난 환경적 안정성을 가진 준이차원 페로브스카이트 소재는 기 존 소재의 낮은 장기안정성을 극복할 수 있어 학계의 많은 주목을 받고 있지만, 결정 성장 제어의 어려움과 소재 자체의 결함에 의한 낮은 전기적 성질이 태양전지의 성능을 떨어뜨린다는 한계가 있다. 

이에 연구팀은 간단한 용액공정을 이용해 준이차원 페로브스카이트 소재의 결함·결정 제어를 하는데 성공했다. 

연구팀이 개발한 기능성 단분자 후처리 방법을 도입한 준이차원 페로브스카이트 소재는 기능성 단분자에 의해 소재 표면 및 내부 에 존재하는 이온성 결함을 부동태화 시켜 소재의 품질을 높였다. 

개발된 준이차원 페로브스카이트 소재를 활용한 태양전지는 20.05%의 높은 효율을 보였으며 1,000시간의 가속 실험 후에도 초기 효율 대비 12% 정도의 감소를 보이는 우수한 광안정성 뿐 만 아니라 높은 열적 및 수분 안정성 또한 갖는 것으로 나타났다.

 이광희 교수는 “이번 연구를 통해 고성능의 준이차원 페로브스카이트 소재 기반 광전자 소자 개발에 대한 실마리를 제시했다”라며, “향후 차량 및 건물 일체형 태양전지 개발, 고성능의 페로브스카이트 소재 기반 반도체 소자 등 실생활과 밀접한 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다”고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 기후변 화대응기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료분 야 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 권두 표지 논문(frontispiece)으로 선정되었으며 8월 3일 게재되었다.