녹나무 유래 물질로 태양전지 상용화 가능성 높여

[이데일리 강민구 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 녹나무 유래 물질로 태양전지 박막의 품질을 높였다. 이를 통해 태양전지 수명과 효율을 개선하고, 제조비용을 줄일 가능성을 제시했다.

UNIST는 양창덕 에너지화학공학과 교수팀이 캠퍼 유도체를 첨가해 고품질 페로브스카이트 박막을 합성했다고 29일 밝혔다.

양창덕 울산과학기술원 교수.(사진=울산과학기술원)

태양전지의 페로브스카이트 박막은 수많은 결정 입자로 이뤄져 있다. 결정 크기가 크고 배열이 고르게 정렬돼 있을수록 전자 흐름이 원활해지고 구조가 단단해져 전지의 효율과 수명이 향상된다. 이런 고품질 구조를 만들기 위해 첨가제를 쓰는데 첨가제가 제조 후에도 남아 있으면 성능 저하의 원인이 된다.

연구팀은 녹나무 추출물인 캠퍼에 산화 작용기가 추가된 물질인 ‘캠퍼퀴논’을 박막 첨가제로 써서 문제를 해결했다.

캠퍼처럼 고체에서 바로 기체로 날아가는 승화성이 있고, 캠퍼와 달리 단계적으로 승화된다. 1차 열처리 과정에서 결정 씨앗이 균일하게 만들어지도록 돕고 일부 승화된다. 나머지는 결정이 성장하는 단계까지 박막 내에 머무르다가 2차 열처리 과정에서 완전히 승화된다.

이 결정 박막을 사용한 태양전지는 25.2%의 광전변환효율을 기록했다. 첨가제를 쓰지 않은 대조군(23%)보다 약 9.6% 높게 나타났다. 실제 작동 환경을 모사한 최대전력점추적(MPPT) 조건에서는 1000시간 동안 초기 효율의 90% 이상을 유지해 대조군 대비 2배 이상 향상된 수명 성능을 보였다.

양창덕 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 안정성 문제를 자연에서 유래한 친환경 물질로 풀 수 있다는 점에서 의미가 있다”며 “태양광 산업의 지속 가능성과 기술 고도화를 함께 이끌 수 있는 기술”이라고 말했다.

연구 결과는 친환경 에너지 분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 지난 21일자로 게재됐다.