부산대·한전연 페로브스카이트 상용화 난제 해결... '친환경 공정 성공'

유독성 항용매 완전히 제거한 친환경 기술
15cm 대면적 균일 박막 코팅 공정 구현
1년 실외 구동에도 초기 효율 94% 유지
에너지 분야 저명 학술지 AEM 1월호 게재

부산대 서지연·김효정 교수팀 연구 이미지./부산대 제공

부산대학교와 한국전력연구원이 세계적 석학인 마이클 그라첼 교수와 함께 페로브스카이트 태양전지의 상용화 난제인 독성 공정과 대면적화 문제를 동시에 해결했다.

부산대학교 첨단융합학부 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수 연구팀은 유독성 항용매를 쓰지 않고도 15cm×15cm 대면적 기판에 균일한 박막을 입히는 '시드 프라이밍 진공 결정화(S-VAC)' 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

이번 연구는 태양전지 분야의 거장인 스위스 로잔연방공과대학(EPFL) 마이클 그라첼 교수 및 한국전력연구원과의 국제 공동연구를 통해 수행돼 기술적 신뢰도를 높였다.

기존 페로브스카이트 공정은 발암물질 등 유해 용매인 항용매를 필수로 사용해 환경 오염과 작업자 안전 문제가 지적돼 왔다. 또한 면적이 커질수록 코팅이 불균일해져 효율이 급격히 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 전구체 용액에 나노 크기의 결정 씨앗(Seed)을 미리 형성한 뒤 진공 장비로 수직 성장을 제어하는 방식을 도입해 항용매 없이도 고품질 대면적 박막을 제조하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 기술을 적용한 미니 모듈은 19.1%의 광전변환 효율을 기록했으며, 특히 1년 이상의 장기 실외 구동 테스트에서도 초기 효율의 94% 이상을 유지하며 탁월한 안정성을 입증했다.

이는 차세대 태양전지의 상용화를 가로막던 내구성과 확장성 문제를 한 번에 해소한 성과로 평가돼 향후 친환경 대량 생산 공정 도입에 기여할 전망이다.

서지연 부산대 교수는 "이번 성과는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 걸림돌이었던 유독성과 대면적 코팅 문제를 동시에 해결한 획기적인 사례"라고 강조했다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 1월호에 게재되며 학계의 주목을 받았다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@