사진 설명=갈륨 아세틸아세토네이트를 첨가제로 이용한 자발적인 계면 엔지니어링 모식도
고려대학교 공과대학(학장 김용찬) 건축사회환경공학부 노준홍 교수 연구팀(노준홍 교수(교신저자), 정의혁 박사(공동교신저자), 정민주 박사과정(제1저자))이 한층 더 성능이 강화된 태양전지를 개발해 화제다.
최근 노준홍 교수팀은 차세대 태양전지로 각광 받고 있는 기존 할로겐화물 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 크게 개선할 수 있는 자발적인 계면 엔지니어링(Spontaneous Interface Engineering) 공정을 개발해, P3HT 기반 고성능의 페로브스카이트 태양전지를 구현해 냈다.
노준홍 교수팀은 해당 연구에서 고분자 정공수송물질인 P3HT(poly(3-hexylthiophene) 용액에 신규 첨가제인 갈륨 아세틸아세토네이트를 첨가하고, P3HT가 스핀 코팅을 통해서 페로브스카이트 상부에 층층히 쌓이면서 결함까지 스스로 제어하는 자발적인 계면 엔지니어링 공정을 제시했다.
자발적인 계면 엔지니어링 공정은 P3HT가 페로브스카이트 상부에 코팅될 때 갈륨 아세틸아세토네이트와 페로브스카이트와의 화학적인 상호작용을 유도해 추가적인 공정 없이도 페로브스카이트 상부 결함을 효과적으로 제어했다.
게다가 이와 같은 공정을 통해 제작된 P3HT 기반 페로브스카이트 태양전지는 갈륨 아세틸아세토네이트의 소수성 특성과 향상된 계면 특성으로 우수한 수분 안정성(Humidity Stability) 확보를 가능케 했다.
노준홍 교수는 “현재까지 고효율 페로브스카이트 태양전지 제작에 사용되는 기존 정공수송소재들은 가격 및 안정성 측면에서 상용화에 적합하지 않은 큰 문제점을 가지고 있었다”며 “이번 연구에서는 상용화 관점에서 많은 이점을 가지고 있는 P3HT을 정공수송소재로 사용해 24% 이상의 높은 광전변환효율을 보이는 소자를 구현했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 설명을 더했다.
과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업과 한국전력공사 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 ‘Spontaneous interface engineering for dopant-free poly(3-hexylthiophene) perovskite solar cells with efficiency over 24%’라는 논문명으로 에너지‧환경 분야 국제 학술지 Energy & Environmental Science(에너지 앤 엔바이로멘탈 사이언스/인용지수:30.289) 4월 22일(현지 시간 기준)자로 정식 출판됐다. / 공과대학신문