차세대 태양전지 수명 늘린다…에너지연, 리튬 제거 기술 개발

1000시간 뒤 초기 효율 95% 유지

광전변환효율 25.24% 달성

한국에너지기술연구원은 태양광연구단 안세진 책임연구원 연구팀이 ‘촉매 반응 후 필터링 추출 공정’을 개발했다고 15일 밝혔다. ⓒ한국에너지기술연구원

페로브스카이트 태양전지의 수명을 떨어뜨리는 리튬 이온을 제조 과정에서 제거해 내구성을 높이는 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원은 태양광연구단 안세진 책임연구원 연구팀이 ‘촉매 반응 후 필터링 추출 공정’을 개발했다고 15일 밝혔다.

페로브스카이트는 빛을 효과적으로 흡수해 차세대 태양전지 소재로 주목받는다. 다른 태양전지와 겹쳐 효율을 높이는 탠덤 태양전지의 상부셀에도 활용된다.

기존 정구조 페로브스카이트 태양전지는 전기를 이동시키는 정공수송층의 성능을 높이기 위해 리튬염과 첨가제를 사용한다. 고온·고습 환경에서는 첨가제가 증발해 막 사이에 틈을 만들고, 리튬 이온이 내부를 이동하면서 수명을 떨어뜨릴 수 있다.

연구팀은 산화니켈(NiOx)을 촉매로 활용해 리튬을 분리한 뒤 걸러내는 방식을 개발했다. 산화니켈 분말을 정공수송층 제조 용액에 넣으면 리튬이 촉매 표면에 달라붙는다.

반응을 마친 산화니켈을 필터로 제거하면 리튬 이온도 함께 빠져나간다. 기존 공정에 쓰이던 첨가제 없이 정공수송층을 만들 수 있는 방식이다.

이 공정으로 제작한 태양전지를 85도, 상대습도 85% 환경에서 시험한 결과 1000시간이 지나도 초기 효율의 95%를 유지했다.

광전변환효율은 25.24%로 기존 첨가제 공정의 25.21%보다 소폭 높았다. 첨가제를 사용하지 않고도 발전효율을 유지하면서 내구성을 높인 셈이다.

이번 연구는 에너지연과 울산과학기술원(UNIST) 김동석 교수 연구팀이 공동 수행했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 5월호 표지논문으로 게재됐다.

안세진 에너지연 책임연구원은 “필요한 반응만 촉매로 유도한 뒤 원인 물질을 걸러내는 새로운 공정을 제시했다는 데 의의가 있다”며 “페로브스카이트와 탠덤 태양전지 상용화를 앞당기는 중요한 이정표가 될 것”이라고 말했다.