■ 연구성과

- 차세대 페로브스카이트 태양전지의 수명 발전 방향 제시

▲ 서울대 전기정보공학부 이창희 교수(좌), 이현호 박사과정(우)

서울대 공대(학장 차국헌)는 전기정보공학부 이창희 교수와 이현호 박사과정 연구팀이 차세대 태양전지인 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지의 주요 열화 원인을 규명했다고 23일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 결정구조를 가지는 유·무기 복합 이온성 결정소재를 광활성층으로 이용한 태양전지로 22.7% 수준의 높은 광-전력 변환 효율을 내고 있어서 차세대 태양광 발전소자로 큰 주목을 받고 있다.

그러나 페로브스카이트 태양전지는 높은 효율에 반해 수명이 떨어지는 문제점이 있다. 특히 수분에 취약하기 때문에 상용화된 태양전지들에 비해 안정성이 현저하게 떨어진다. 때문에 많은 연구진이 페로브스카이트 흡광층의 구성 성분을 조절하는 방법 등으로 소자의 안정성을 높이고자 했지만 아직 해결을 못하고 있다.

이창희 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 페로브스카이트 태양전지 열화의 근본적인 원인부터 접근했다. 일정 시간 동안 열화된 페로브스카이트 태양전지에서 전극을 제거하고 새로운 전극을 형성하는 전극 재생 방식으로 열화 원인을 분석했다.

그 결과 페로브스카이트 광활성층의 구성 성분인 요오드 (I-) 이온이 분해되어 확산과정을 거쳐 전극 아래에 축적되고, 전자수송층인 플러렌 분자와의 전기 화학적 반응을 통해 전기적 특성을 저하시키는 것을 발견했다.

열화된 전극을 제거하면 전극과 전자수송층 사이에 축적된 요오드 이온들도 상당부분 제거된다. 연구팀은 새로운 전극을 형성하면 페로브스카이트 태양전지의 전력변환효율이 회복된다는 것을 입증했다. 즉 페로브스카이트 박막에서의 요오드 이온의 확산과 전자수송층/전극 계면에서의 축적이 페로브스카이트 태양전지의 직접적인 원인임을 밝혀낸 것이다.

이창희 교수는 “이번 연구로 페로브스카이트 태양전지의 열화의 근본적인 원인을 밝혀냈다”며, “소자의 수명을 높일 수 있는 방향을 제시한 것에 의미가 있다”고 설명했다.

연구 결과는 에너지 분야 전문 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 2018년 4월 17일에 표지 논문(논문 제목: Analysis of Ion‐Diffusion‐Induced Interface Degradation in Inverted Perovskite Solar Cells via Restoration of the Ag Electrode)으로 발표됐다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

[참고링크]

1. 연구 논문: Hyunho Lee Changhee Lee, Analysis of Ion‐Diffusion‐Induced Interface Degradation in Inverted Perovskite Solar Cells via Restoration of the Ag Electrode (https://doi.org/10.1002/aenm.201702197)

2. 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 표지: Perovskite Solar Cells: Analysis of Ion‐Diffusion‐Induced Interface Degradation in Inverted Perovskite Solar Cells via Restoration of the Ag Electrode (Adv. Energy Mater. 11/2018) Hyunho Lee, Changhee Lee, First published: 17 April 2018 (https://doi.org/10.1002/aenm.201870047)

[참고자료]

▲ 페로브스카이트 박막에서 빠져나온 요오드 이온이 전극 계면에 축적되면서

페로브스카이트 태양 전지의 전기적 특성을 열화시키는 과정.

▲ 어드밴스드 에너지 머티리얼즈 표지 논문으로 선정된 페로브스카이트 태양전지 열화 원인 규명 이미지

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