방사선 이용 신소재로 차세대 태양전지 수명 늘려

원자력연, 전도성 고분자 화합물 대체 가능한 PRGO

국내 연구진이 차세대 태양전지 페로브스카이트 구조 태양전지의 수명을 높일 수 있는 신소재를 개발했다.

한국원자력연구원은 정찬희 공업환경연구부 선임연구원과 나석인 전북대 교수가 공동으로 차세대 태양전지의 소재로 사용되는 ‘전도성 고분자 화합물(PEDOT:PSS)’을 대체할 수 있는 ‘그래핀-고분자 하이브리드 소재(PRGO)’를 개발했다고 15일 밝혔다.

이와 함께 연구팀은 PRGO를 이용해 페로브스카이트 태양전지의 수명을 기존 대비 2.5배 늘릴 수 있다는 것을 확인했다.

일반적으로 사용되는 실리콘 태양전지는 재료를 구하기는 쉽지만, 제조 공정이 복잡하고 비싸며 효율이 20％에 그친다.

반면, 페로브스카이트 구조의 태양전지는 효율이 22％를 넘어 국내ㆍ외에서 많은 주목을 받고 있어 관련 소재 연구도 활발히 진행 중이다.

연구팀은 그래핀 산화물에 방사선의 일종인 감마선(Gamma ray)을 조사하고 특정한 화학반응을 유도해 PRGO를 개발했다.

신소재 PRGO는 태양전지 광활성층과 전극 사이에서 양전하(＋)를 전달하는 정공수송층에 사용된다.

수분에 대한 저항성이 높아 안정적이고 중성을 띠고 있어 인접한 다른 재료의 부식에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.

그러나 기존에 정공수송층의 소재로 사용되는 PEDOT:PSS은 공기 중에 존재하는 수분을 흡수해 변질되기 쉽고, 강한 산성 타에 다른 재료를 부식시켜 페로브스카이트 태양전지의 수명을 저하시키는 원인으로 꼽힌다.

정공수송층의 소재로 PEDOT:PSS의 문제점을 극복하고자 그래핀 기반 소재의 연구가 활발히 진행 중이나, 대량 생산에는 많은 시간이 필요해 연구가 더 필요한 상황이다.

그에 반해 PRGO는 제조 공정상 방사선을 이용해 상온에서도 별도의 첨가제 없이 쉽게 제조할 수 있어 상용화하면 페로브스카이트 태양전지의 더 효율적인 대량 생산에도 기여할 수 있다.

이번 연구 결과는 지난 10일 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 온라인판 11월 10일자에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@