충남대는 한양대, 한국화학연구원과 함께 페로브스카이트 태양전지의 고효율 및 장기 안정성을 확보할 수 있는 초박막 고분자 계면 페시베이션(부동태화) 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

공동 연구팀은 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지 상용화를 가로막는 계면 안정성 문제, 특히 정공전달층(HTL)과 페로브스카이트층 사이 계면에서 발생하는 이온 이동과 비방사 재결합, 대면적 균일성 부족 해결을 위해 화학기상증착법(CVD)을 이용한 균일한 초박막 파릴렌D(Parylene-D) 코팅 기술을 개발했다.

파릴렌D는 기존 파릴렌C에 염소기(Cl)가 추가된 구조로, 페로브스카이트 표면의 비공조된 납 이온(Pb²)과 강력한 바이덴테이트(bidentate) 킬레이트 결합을 형성해 계면 결함을 효과적으로 패시베이션하는데, 이를 통해 광전자 특성 손상 없이 이온 이동을 억제하고, 비방사 재결합을 줄여 개방전압과 충진율을 향상시켰다.

연구팀의 페로브스카이트 태양전지는 23.75%의 효율을 달성했고, 1천500시간(상대습도 10%) 및 1천200시간(65°C, 질소 분위기) 가혹 조건에서도 초기 효율을 유지하거나 80% 이상을 보존하는 뛰어난 안정성을 보였다.

또 25cm² 크기의 모듈 제조에도 성공, 19.44% 모듈 효율과 20.59%의 활성면적 효율을 입증, 대면적 제조 가능성도 확인했다고 연구팀은 설명했다.

충남대 응용화학공학과 송슬기 교수는 "페로브스카이트 태양전지의 대량 생산 및 산업화에 핵심적인 기술 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 성과는 소재·에너지 분야 국제 학술지 '스모 메소드(Small Methods)'에 게재됐다.