울산과학기술원(UNIST)은 수명을 3배 이상 늘린 고효율 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 22일 밝혔다.

UNIST 에너지화학공학과 양창덕·신승재 교수팀과 고려대학교 민한울 교수팀은 휘발성 액상 첨가제(tBP)를 대체하는 고체 첨가제(4CP)를 만들고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용해 26.2%의 높은 광전변환 효율과 3천시간의 장기 안정성을 확보했다.

하지만 액체 형태라 고온에서 쉽게 휘발되고, 그 과정에서 리튬이온을 제대로 잡아두지 못해 전지 수명을 줄이는 부산물이나 미세한 구멍(핀홀)이 생긴다.

연구진이 개발한 4CP는 액체 첨가제와 달리 휘발성이 없고, 고온에서 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 구성층 간 계면을 균질하게 만들어 전하가 잘 이동하도록 돕는다. 전하 이동이 원활해지면서 광전변환 효율도 함께 높아진다.

실험에서 4CP를 적용한 페로브스카이트 태양전지는 26.2%의 광전변환 효율(공인 25.8%)을 기록했다. 또 3천시간 이상 초기 효율의 80%를 유지해 tBP 기반보다 수명이 3배 늘어난 것으로 확인됐다.

연구진은 "공정은 그대로 두고 첨가제만 바꿔도 차세대 페로브스카이트 태양전지의 최대 약점인 수명 문제를 효과적으로 해결할 수 있다"며 "극심한 온도 변화에도 성능이 유지된다"고 설명했다.

이런 연구 결과는 네이처 자매지인 네이처 에너지(Nature Energy)에 9월 10일 게재됐다.