전북대-경상국립대, 페로브스카이트 태양전지 상용화 앞당길 대면적 코팅 기술 개발

[글로벌대학팀 김선영 기자] 전북대학교와 경상국립대학교 공동 연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 혁신적인 대면적 코팅 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

이 기술은 효율과 안정성을 동시에 개선하며, 대면적 모듈 제작에도 적합한 콜로이드 잉크 기반 기술로 주목받고 있다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지 『어드밴스드 머티리얼스』 최신호에 게재됐으며, 페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌이었던 잉크 개발과 공정 기술의 한계를 해결하는 데 기여했다. 기존의 소형 소자에서는 26% 이상의 높은 효율을 달성했으나, 이를 대면적으로 확장할 때 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있었던 반면, 이번 연구는 대면적에서도 높은 효율을 유지할 수 있는 기술적 돌파구를 제시했다.

연구팀은 반용매인 톨루엔(TL)과 클로로벤젠(CB)을 포함하는 콜로이드 잉크 기술을 개발해 슬롯-다이(slot-die) 공정에서 활용 가능한 고효율·고안정성 태양전지 제작에 성공했다. 이 기술은 유변학적 특성을 개선해 표면장력과 점도를 낮추고 젖음성을 향상시킴으로써 고품질 필름 형성을 촉진한다. 또한 콜로이드 잉크에 포함된 반용매는 페로브스카이트 결정화를 유리하게 만드는 열역학적 조건을 제공하며, 이종 핵생성을 촉진해 우수한 결정 성장을 가능케 한다는 점도 확인됐다.

새로운 기술로 제작된 페로브스카이트 태양전지는 실험실 규모의 소자에서 최대 21.32%의 효율을 기록했으며, 10,115시간 동안 초기 효율의 77%를 유지하는 장기 안정성을 보였다. 이는 기존 방식으로 제작된 태양전지가 같은 기간 동안 효율의 50%만 유지한 것과 비교하면 큰 발전이다. 더불어 2.7cm² 크기의 미니모듈에서는 20.26%, 8.64cm² 크기의 대면적 미니모듈에서는 19.15%의 효율을 달성하며 대면적으로 확장했을 때에도 효율 손실이 적음을 입증했다.

연구를 주도한 권성남 전북대 연구교수는 “콜로이드 잉크와 슬롯-다이 공정 기술이 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라며 연구의 의의를 강조했다. 특히 잉크 조성, 필름 품질, 결정화 과정 등 복합적인 상관관계를 규명해 대량 생산에도 적용할 수 있는 가능성을 확인한 점에서 의미가 크다.

김선영 기자 글로벌대학팀 news@beyondpost.co.kr