‘박카스 속 성분이 태양전지 수명 5배 늘려’···안정성·효율 개선

최종민 DGIST 에너지공학과 교수(오른쪽)와 최성민 DGIST 석박사통합과정생. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST)은 피로회복제 성분을 이용해 안정성을 높인 차세대 태양전지를 개발했다고 12일 밝혔다.

DGIST 측은 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 연구팀과 함께 진행한 이번 연구에서 대중에 친숙한 자연 유래 항산화 물질인 ‘타우린(Taurine)’을 활용해 ‘페로브스카이트 태양전지’의 성능과 수명을 대폭 개선하는데 성공했다고 밝혔다.

공동연구팀은 태양전지가 스스로 붕괴하는 원리를 밝혀내고 이를 차단하는 새로운 설계법을 발견했다고 설명했다.

페로브스카이트는 러시아의 광물학자(페로브스키)의 이름에서 유래한 결정 구조다. 빛을 흡수해 전기 에너지로 바꾸는 능력이 뛰어난 물질로, 이러한 결정 구조를 태양전지의 빛 흡수층으로 사용한 것이 페로브스카이트 태양전지다.

업계에서는 기존의 무겁고 단단한 실리콘 태양전지의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 기술로 주목한다. 다만 빛이나 열에 노출되면 구조가 쉽게 분해(열화)돼 작동 수명이 짧아지는 불안정성이 상용화에 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 금속산화물(n형 반도체 주석산화물)과 페로브스카이트 층이 맞닿는 경계면에 다기능성 작용기를 가진 타우린을 적용해 얇은 항산화층을 덧입히는 기술을 개발했다.

태양전지가 작동할 때 금속산화물층에서는 구조를 파괴하는 활성산소의 일종인 초과산화물이 발생하는데, 타우린이 이를 지속적으로 제거해 페로브스카이트가 분해되는 경로를 근본적으로 억제하는 원리라고 연구팀은 밝혔다.

또한 타우린 성분이 경계면에 존재하는 미세한 결함들을 메워주고, 전자가 훨씬 원활하게 이동할 수 있도록 돕는 등 태양전지의 전반적인 효율까지 개선된 것으로 파악됐다.

공동연구팀은 타우린이 적용된 태양전지는 500시간 이상 연속으로 빛을 쬐어도 초기 효율의 95% 이상을 끄떡없이 유지하는 우수한 광 안정성을 보였다고 밝혔다.

최종민 DGIST 에너지공학과 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 구동 안정성을 높여 상용화를 앞당기는 핵심 기반 기술이 될 것으로 기대한다”고 말했다.