울산과기원에 따르면 화학과 권태혁, 에너지화학공학과 서관용·장성연 교수팀은 다기능성 페로브스카이트 전지 코팅 재료와 방식을 개발했다.
연구팀은 물을 밀어내는 성질(발수성)을 강화한 유기 금속을 ‘초음파 스프레이 방식’으로 전지에 입혀 수분에 취약한 태양전지의 고질적 문제를 해결했다.
이 유기 금속은 전지 노화를 일으키는 자외선을 전지가 흡수해 전력을 생산할 수 있는 형태의 가시광선으로 바꾸는 역할도 한다.
유기 금속은 백금 이온 주변에 유기물이 꼬리(리간드)처럼 달라붙어 있는 구조로, 연구팀은 꼬리 부분에 발수성이 강한 물질(작용기)을 썼다고 설명했다.
유기 금속이 코팅된 전지는 50∼60%의 습도에서 900시간 가까이 초기 효율을 유지했고, 광하향변환에 의해 전지 효율도 향상됐다.
광하향변환이란 특정 분자가 높은 주파수(짧은 파장)의 에너지(빛)를 흡수했을 때, 흡수한 에너지가 낮은 주파수(긴 파장)의 에너지로 변환돼 재방출되는 것을 말한다. 이 연구에서는 자외선이 가시광선으로 변환됐다.
이 코팅을 적용하지 않은 전지의 경우 300시간 만에 자외선에 의해 효율이 반으로 줄어들었다.
서관용 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 고질적인 불안정성 문제를 해결하는 동시에 전지의 효율을 높였다는 점에서 파급력이 큰 연구”라고 말했다.
연구팀은 이 유기 금속을 쉽게 코팅할 수 있는 경제적 기법도 개발했다.
미세 입자 상태의 복합체 용액을 압축 질소 기체를 이용해 아주 얇게 코팅하는 방법이다.
기존 공정들과 달리 기판의 윗면과 측면을 동시에 코팅할 수 있어 경제성을 갖췄다고 연구팀은 밝혔다.
권태혁 교수는 “다기능성 보호막을 단일 물질, 단일 공정을 통해 만들었다는 데 의의가 크다”며 “다양한 태양전지에 적용 가능한 플랫폼 기술로서도 가치 있는 연구”라고 말했다.
이번 연구는 에너지 분야 저명 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials)에 온라인 공개됐으며, 23일 출판 예정이다.
연구 수행은 한국연구재단과 한국에너지기술평가원의 지원으로 이뤄졌다.
2020년 09월 23일 (수) 12:57
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