한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 이정용 교수 연구팀과 연세대학교 화학과 김우재 교수 공동 연구팀이 세계 최고 효율의 납 기반 페로브스카이트 하이브리드(융합) 태양전지를 개발했다고 31일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물이다. 페로브스카이트를 광활성층으로 사용하는 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 효율이 높고 저렴하게 대량생산 할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 다만 납 기반 페로브스카이트 태양전지는 빛 흡수 영역이 가시광선에 한정돼 전체 태양에너지의 48%밖에 활용하지 못한다.

연구팀은 근적외선 영역까지 흡수할 수 있는 유기 벌크 이종접합(유기 광활성층)을 도입, 페로브스카이트와 결합해 하이브리드 태양전지를 개발했다. 나노미터(㎚·1나노미터는 10억분의 1ｍ) 두께의 다이폴(쌍극자·계면의 전위 차이를 이용해 소자의 성능을 높이는 역할을 하는 얇은 물질) 층을 도입함으로써 페로브스카이트와 유기 벌크 이종접합 간 에너지 차이로 인해 생기는 효율 손실을 줄였다.

연구팀이 개발한 전지의 광 변환 효율은 24%로 납 기반 하이브리드 태양전지 가운데 최고 효율(기존 최고 기록은 23%)을 달성했다. 또 상대습도 80% 이상의 극한 수분 환경에서도 1천600시간 이상 80% 이상의 성능을 유지하는 등 높은 안정성을 보였다.

이정용 교수는 "근적외선 광 포집 성능을 극대화하면서도 전력 변환 효율을 크게 높여 기존 페로브스카이트가 가진 기계적·화학적 안정성 문제를 해결하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스트 머티리얼스'(Advanced Materials) 지난달 30일 자 온라인판에 실렸다.