UNIST '고성능 금속 기반 유연 투명전극' 개발
국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 안정성을 크게 높일 전극을 개발했다. 태양전지 고질적 문제로 지목되던 금속전극의 분해현상을 막아 가능했다.
UNIST(총장 이용훈)는 박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 '그래핀 중간층을 삽입한 고성능 금속 기반 유연 투명전극'을 개발했다고 28일 밝혔다.
빛 에너지를 전기에너지로 만들거나 전기에너지를 빛 에너지로 바꾸는 '광전소자'에는 투명하고 전자를 잘 이동시키는 전극이 들어간다. 지금까지는 금속산화물 기반 전극(ITO)을 사용했지만 딱딱하고 쉽게 부서지는 성질이 있어 웨어러블 디바이스에 적용하기 힘들었다.
또 이 전극을 페로브스카이트 태양전지에 적용할 경우 페로브스카이트에 포함된 할로겐 원소가 금속산화물 쪽으로 이동해 금속전극과 광활성층이 동시에 분해되는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제를 그래핀 층을 삽입하는 방법으로 해결했다. 그래핀을 금속 투명전극과 페로브스카이트 광활성층 사이에 삽입해 전자는 잘 흐르지만 할로겐 원소는 이동하지 못하게 만든 것이다.
연구팀은 그래핀 중간층이 삽입된 '금속-그래핀 하이브리드 유연 투명전극'을 페로브스카이트 태양전지에 적용한 결과 16.4%의 광전변환효율을 얻을 수 있었다. 1000시간이 지나도 초기 효율의 97.5% 이상을 유지했고, 5000번의 굽힘 시범 후에도 초기 효율의 94%를 유지하는 내구성을 가져 차세대 웨어러블 소자 응용 가능성도 확인했다.
박혜성 교수는 "이번에 개발한 '그래핀 중간층 삽입' 방법은 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성 등을 크게 향상시켰다"며 "향후 태양전지뿐 아니라 LED, 스마트 센서 등 페로브스카이트 기반의 다양한 차세대 유연 광전 소자 개발에도 크게 도움이 될 것"이라고 말했다.
연구 결과는 나노 레터스에 지난 13일자 온라인 출판됐다.
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