한국연구재단(이사장 정민근)은 이광희 교수 연구팀(광주과학기술원)이 전압을 높이고 가시광선에서부터 적외선까지 넓게 빛을 흡수할 수 있는 고효율의 신규 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 기후변화대응기술개발사업, 신산업창조프로젝트 사업의 지원을 받았다.
하이브리드 태양전지란, 유기물 광활성층과 유·무기 복합 페로브스카이트 광활성층이 하나의 소자 안에 함께 결합된 것이다. 이 교수 연구팀의 하이브리드 태양전지는 적외선 영역(태양빛의 48%)까지 에너지원으로 사용함으로써 주로 가시광선 영역(태양빛의 44%)에서 에너지를 생성하는 페로브스카이트 태양전지보다 효율이 높으며, 낮은 개방 전압과 전하 이동으로 성능 향상에 제약이 있던 유기태양전지의 난점을 해소시켰다.
높은 개방전압을 갖는 페로브스카이트 광활성층과 적외선 흡광영역을 갖는 유기 고분자 광활성층을 중간 결합층 없이 쌓아 결합한 신규 하이브리드 소자를 개발함으로써 페로브스카이트와 유기태양전지의 장점을 취할 수 있게 한 것이다. 또 유기 광활성층 내부에 높은 전하 이동도를 갖는 N형 고분자와 새로운 용매 첨가제를 함께 도입함으로써 하이브리드 소자의 성능을 최적화, 학계에 보고된 페로브스카이트/유기태양전지 하이브리드 태양전지 중 가장 높은 16.4% 효율을 달성했다. 특히 가시광선에서부터 적외선 영역에 이르는 넓은 태양광을 효과적으로 이용할 수 있게 함으로써 하이브리드 태양전지가 차세대 박막형 태양전지의 효율 이론 한계치를 극복할 수 있는 새로운 방법을 제시한 점이 주목된다.
이광희 교수는 “이번 연구 성과는 페로브스카이트와 유기 광활성층을 결합하여 높은 개방 전압과 넓은 흡광 영역을 동시에 갖는 태양전지 개발을 최초로 보고한 것이다. 미래사회 에너지난을 해결하기 위한 태양에너지 기술을 한 단계 앞당길 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 4월 27일자에 게재됐다.
