유·무기 복합소재인 페로브스카이트는 높은 흡광계수와 우수한 전하 이동능력을 기반으로 차세대 태양전지 소재로 급격하게 부상하고 있다. 실리콘 등의 기존 태양전지에 비해 저가로 대량생산이 가능하면서도 효율성이 우수해 실질적 상업화가 기대되고 있다.
그러나 성능 향상을 위해 필수적으로 삽입되고 있는 고분자 화합물인 ‘PEDOT:PSS’의 높은 산성과 흡습성이 페로브스카이트 태양전지의 수명을 단축시키는 단점이 있었다.
이에 대한 대안으로 나석인 교수와 광주과학기술원 김동유 교수, 여준석 연구원(박사과정) 등은 전도성과 유연성, 내구성이 탁월해 꿈의 신소재로 불리는 ‘그래핀’을 새로운 삽입층으로 도입했다.
값싼 흑연을 통해 얻을 수 있는 ‘산화-환원 그래핀’은 기존 그래핀에 비해 용액공정을 통한 대량생산과 다양한 성능 조절 및 개선이 용이해 상용화 측면에서 가능성을 인정받은 재료다.
연구팀은 이 산화-환원 그래핀을 삽입해 페로브스카이트 태양전지를 제조하는 실험을 진행, 태양전지 내에서 생성된 전하를 추출하는 능력이 극대화돼 기존 PEDOT:PSS 기반의 소자보다 약 30% 가량 높은 발전효율을 얻을 수 있었다고 밝혔다.
또한 산화-환원 그래핀 재료 자체의 안정적인 특성으로 소자 수명도 기존에 비해 2배 이상 개선하는 데 성공했다.
나석인 교수는 “이번 연구는 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지의 단점을 개선한 것”이라며 “저렴한 가격으로 성능이 좋은 태양전지를 상용화 하는 데 한 걸음 다가선 연구로 의미를 갖는다”고 말했다.
