전북대 한윤봉 교수, 성능 우수한 반투명 차세대 태양전지 개발

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에너지 분야 세계적 저널 게재···오랜 시간 성능 지속 확인

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한윤봉 교수
전북대학교 한윤봉 교수(공대 화학공학부) 연구팀이 안정적이고 전기적 특성까지 매우 우수한 반투명 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 개발, 에너지 분야 세계적 학술지인 『Nano Energy)』 (IF=12.343) 온라인 판에 게재되며 세계 학계의 주목을 받고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 능력 등으로 인해 발전효율이 높으며 저가 대량생산이 가능하기 때문에 전 세계적으로 실용화 연구가 경쟁적으로 진행되고 있는 차세대 태양전지다.

페로브스카이트 태양전지는 공기에 노출됐을 때 전자 수송층의 광촉매 현상과 물에 의한 페로브스카이트 물질의 분해로 인해 수명이 현저하게 단축되는 문제점을 갖고 있다.

한 교수팀은 이런 문제를 해결을 위해 2016년 ‘산화니켈(NiO)-페로브스카이트 나노복합소재’(Nano Energy 27권)를 처음 개발한 것을 비롯해 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용하여 대기 중에서 제조한 페로브스카이트 태양전지의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 사실도 지난해 발표했다.(Nano Energy 40권, 2017년 10월호)

또한 그래핀 기반 나노소재의 제조와 태양전지 응용에 관한 연구결과도 발표한 바 있다.(Nano Energy 47권, 2018년 5월호)

이번에 개발한 기술은 나노복합소재와 계면공학 기술을 적용하고, 활성층에 불연속 아일랜드(islands) 구조를 도입하여 광투과율을 조정함으로써 반투명한 태양전지를 만드는 기술이다.

모든 공정을 대기 중에서 진행하여 광투과율이 27%인 페로브스카이트 태양전지를 제조한 결과, 270일 이상 지나도 태양전지 성능이 93% 이상 유지되는 성과를 얻었다.

특히 이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 실용화에 걸림돌이 되고 있는 문제점들을 개선하고, 건물통합형 태양광발전(BIPV) 시스템에 적용할 수 있는 가능성을 보여준 연구로 의미를 갖는다.

한편, 이번 연구 결과는 미래창조과학부가 주관하는 중견연구자지원사업과 BK21플로스 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

호남 강기운 기자 kangkiun@
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