대학저널

고효율 페로브스카이트 태양전지 제조 기술 개발

왼쪽부터 임상혁, 허진혁 교수.

[대학저널 이선용 기자] 고려대학교 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀이 전하 전달 소재 개질을 통해, 슬롯다이 코팅 공정의 한계를 극복하고, 큰 면적에서도 높은 효율과 안정성을 유지하는 페로브스카이트 태양전지 제조 기술을 개발했다.

슬롯다이 코팅(Slot-die coating)은 좁은 틈을 통해 용액을 일정한 속도로 기판 위로 밀어내면서 균일한 박막을 형성하는 공정을 말한다.

해당 연구 결과는 국제적인 학술지 Joule(IF=38.6)에 지난 6일 게재됐다.

슬롯다이 코팅은 대면적 제조 기술이 페로브스카이트 태양전지 상용화의 핵심 과제로 떠오르고 있다. 이 공정은 용액 사용량 절감 및 공정 속도 향상의 장점이 있지만, 넓은 면적에서 균일한 박막을 형성하기 어렵다.

그리고 흔히 사용되는 정공 수송층(PTAA, 폴리트리아릴아민)은 표면이 소수성이기 때문에, 페로브스카이트 용액이 균일하게 퍼지기 어렵다. 이에 따라 코팅의 일관성이 저하되는 문제가 상존한다. 따라서 대면적 태양전지 제조 시, 재현성과 효율을 동시에 확보하는 것이 난제로 남아 있다.

이에 연구팀은 정공 수송 층을 화학적으로 산화하여 전하 이동성을 높이고, 페로브스카이트 용액과의 젖음성을 개선하는 방식으로 문제를 해결했다. 연구팀은 페로브스카이트 박막을 균일하게 형성하여 전력 추출 효율을 높이고, 대면적 코팅 공정에서도 안정성을 유지하는 데 성공했다.

연구 결과, 기존 슬롯다이 코팅 방식에서 발생했던 전하 재결합 문제를 줄여 더 높은 효율을 구현했으며, 개질된 정공 수송층을 적용한 태양전지가 고온·고습 환경에서도 장기간 성능이 유지됐다.

연구를 진행한 임상혁 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산과 장기 안정성 문제를 동시에 해결할 수 있는 핵심 기술을 제시했다”라며 “고효율, 고내구성 태양전지 상용화를 앞당길 수 있도록 후속 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.

한편, 해당 연구는 한국연구재단 기초연구(중견연구) 및 나노·소재기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

 

[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]