류승윤 교수(교신저자), 이창민 박사과정과 Hamad 석사과정으로 구성된 연구팀이 안정성을 개선하고 전력 변환 효율을 향상한 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 연구 성과는 <Impact of Ternary Solvent on the Grain Size and Defects of Perovskite Layer to Realize a Stable Morphology for Efficient Inverted Solar Cells>라는 제목으로 관련 분야 최고 수준 학술지인 「Solar RRL」에 게재됐다.
페로브스카이트(perovskite)는 1839년 러시아 우랄산맥에서 새로 발견된 광물로 19세기 러시아 광물학자 레프 페로브스키(Lev Perovsky)의 이름을 따서 만들어졌다. 페로브스카이트에는 밴드갭 에너지 가 낮아 그 특성이 태양전지에 적합하다고 판단돼 최근 태양전지에 페로브스카이트를 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
페로브스카이트 태양전지는 전력변환효율이 높지만 수분이나 열에 취약하다는 단점이 있어 상업화를 위해서는 안정성을 개선할 필요가 있었다. 근래 연구들은 페로브스카이트의 단점을 개선하기 위해 표면의 형태를 매끄럽고 균일하게 하는 방법을 고안해냈다. 류승윤 연구팀은 최근 연구들이 주로 사용되는 이중 용매가 아닌 삼중 용매인 DMF (Dimethylformamide), DMSO (Dimethyl-sulfoxide), GBL (γ -butylrolactone) 용매를 함께 사용해 페로브스카이트의 효율 및 안정성을 개선하는 전략을 사용했다. 그 결과 표면의 거칠기를 줄여 표면 형태가 개선됐고 입자 크기를 조정해 페로브스카이트 중간 층의 결함이 줄어들었다. 개선된 형태는 전하 추출 성능을 향상시켜 태양전지의 전력 효율을 상승시키는 한편 패시베이션 성능을 향상해 안정적이다.
류승윤 교수는 “페로브스카이트 태양전지는 뛰어난 특성에도 안정성이 부족해 상용화가 힘들었다” 며 “이번 연구로 인해 안정성을 향상시키는 데 간단하면서도 유의미한 방법을 제시하여 산업화에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다” 라고 소감을 밝혔다. 이창민 박사과정과 Hamad 석사과정은 “페로브스카이트 물질은 외부 환경에 민감해 실험 조건을 잡기가 힘들었는데 이를 해결하고 실험에 성공하였을 때 가장 보람찼다”라고 말했다.