차세대 섬유형 페로브스카이트 태양전지 개발 ITO 전극표면에 실버 도입, 내구성·빛 투과도 향상
기존 섬유형태양전지 단점 극복 건국대 전용석 교수 연구팀은 이번 연구에서 기존에 개발된 섬유형 태양전지의 문제점으로 지적되어 오던 단락적인 이산화티타늄 치밀층과 불균일한 다공성 이산화티타늄 코팅문제를 해결하기 위해 양극산화 방법을 활용한 이산화티타늄딤플(dimple) 나노 구조를 개발·적용했다. 이를 통해 연속적인 이산화티타늄 치밀층 형성, 균일한 다공성 이산화티타늄 코팅, 소결 시 구조유지와 소자복원력을 향상시킨 것이다. 또한, 실버 나노 와이어를 전극으로 활용함으로써 섬유형 태양전지에서 가장 큰 걸림돌이 될 수 있는 투명전극문제에 대한 해결방안을 제시했다. 이번 섬유형 페로브스카이트 태양전지 연구에 공동 제1저자로 참여한 건국대 융합신소재공학과 석사과정 고요한 학생은 “양극산화를 이용한 이산화 티타늄 2차원 나노 구조체를 만드는 연구 중 태양전지에 적용되지 않았던 나노 구조체를 발견했고, 섬유형 태양전지 구조에 가 장 적합할 것 같아서 이를 적용하게 됐다”고 개발배경을 설명했다. 전용석 교수는 “섬유형 기반의 차세대 페로브스카이트 태양전지는 기존 연구가 부족한 분야로, 이번 연구결과가 섬유형 기반의 페로브스카이트 태양전지 연구에 밑거름이 될 것으로 기대된다”고 전했다. 이 연구결과는 국제적으로 저명한 학술지인 JMCA(Journal of Materials Chemistry A, IF:7.443) 최근호 표지논문에 논문명(Effcient fiber-shaped perovskite photovoltaics using silver nanowires as top electrode)으로 게재됐다.
플렉서블 페로브스카이트 태양전지 이와 함께, 건국대 연구팀은 메탈 유연기판 플렉서블 페로브스카이트 태양전지 연구에서 기존 고분자 기반의 기판을 대체해 메탈 유연기판을 적용한 플렉서블 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 특히, 연구팀은 이번 연구에서 높은 빛 투과도를 지닌 인듐주석산화물(ITO)을 활용하여 금속전극을 대신했으며, ITO가 지닌 취성(brittleness)문제를 해결하기 위해 은을 ITO기판에 주입(embed)했고, 이는 ITO에 내구성을 부과하여 높은 전도성을 지닌 휘어지는(플렉서블) 투명전극기판으로 사용할 수 있게 했다. 전용석 교수는 “용액 공정이 가능하고, 풍부한 자원과 함께 고효율을 내는 페로브스카이트는 차세대 태양전지 물질로 많은 연구가 진행되고 있다”고 설명한 뒤, “이 연구는 ITO를 금속대체 전극으로 사용할 수 있다는 가능성을 보여줬으며, 또한 ITO기판에 은을 얇게 도포하여 ITO의 취성문제 해결방안을 제시함으로써 향후 플렉서블 태양전지 소자연구에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 의미를 부여했다.
건국대 전용석 교수
<용어설명> 1. 페로브스카이트 ABX3 화학식을 갖는 결정구조로 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물로, 실리콘태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지 소재로 떠오르고 있다. 1839년 러시아 우랄산맥에서 처음 발견됐으며, 러시아 광물학자인 과학자 Perovski의 이름을 땄다. 2. ITO 산화인듐(In2O3)은 도전성을 가지고 있으나, 이것에 산화주석(SnO2)을 수~10% 첨가하여 도전성을 높인 것을 말한다. ITO를 스패터링 타깃(Spattering Target)으로 가공하여, 글래스판에 스패터링을 하면, 투명한 도전막을 얻을 수 있다.
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