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[IT뉴스]고온·고습에 강한 페로브스카이트 태양전지

온카뱅크관리자

2026-10-15 11:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국에너지기술연구원, 신개념 촉매 공정 기술 개발 "1000시간 후 효율 95% 유지" 
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 <img alt="한국에너지기술연구원이 개발한 신개념 촉매 공정 기술을 적용한 태양전지 샘플. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113001266nxqe.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="HgQftc71Rx" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113001266nxqe.jpg" width="658">
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 한국에너지기술연구원이 개발한 신개념 촉매 공정 기술을 적용한 태양전지 샘플. 에너지연 제공
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 차세대 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트 태양전지'의 수명을 늘릴 새로운 공정 기술이 개발됐다. 기술을 적용한 태양전지는 1000시간 고온·고습 환경에서 초기 효율의 95%를 유지해 향후 페로브스카이트 태양전지 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
 한국에너지기술연구원(에너지연)은 태양광연구단이 태양전지의 수명을 떨어뜨리는 첨가제와 리튬 이온을 제거하면서도 높은 전기 생산 효율을 유지하는 신개념 촉매 공정 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 에너지연과 김동석 울산과학기술원(UNIST) 교수팀이 공동 연구한 이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 5월호의 표지논문으로 게재됐다.
 페로브스카이트는 티탄산칼슘(CaTiO₃)과 같은 결정구조를 갖는 물질이다. 빛을 효과적으로 흡수해 차세대 태양전지 소재로 주목받는다.
 페로브스카이트는 현재 주로 다른 태양전지와 겹쳐 효율을 높이는 '탠덤 태양전지'의 상부셀로 활용된다. 페로브스카이트 태양전지는 전기를 외부로 전달하는 '전하수송층' 등 여러 기능성 박막을 쌓는 순서에 따라 정구조와 역구조로 나뉜다.
 정구조는 전기 생산 효율이 높지만 고온·고습 환경에서 수명이 짧아진다. 정공수송층에 사용되는 전하 이동을 돕는 리튬염과 리튬염이 잘 녹게 하는 첨가제가 원인이다.
 덥고 습한 환경에서 첨가제가 증발하면 박막에 틈이 생긴다. 틈으로 인해 박막 접합 부위에 결함이 발생해 태양전지 수명이 줄어든다.
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 <img alt="연구진이 개발한 공정 과정. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113002520hqnr.png" data-org-width="680" dmcf-mid="XMePpwb0dQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113002520hqnr.png" width="658">
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 연구진이 개발한 공정 과정. 에너지연 제공
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 리튬염에서 분리된 리튬 이온은 고온·고습 환경에서 태양전지 내부를 무분별하게 이동하며 수명을 더욱 단축시킨다. 리튬염과 첨가제를 사용하지 않거나 다른 물질로 완전히 대체하면서 높은 효율을 유지하는 기술은 아직 개발되지 않았다.
 에너지연 연구진은 필요한 화학 반응만 유도하고 반응이 끝나면 리튬 이온을 촉매째로 걸러내는 '촉매 반응 후 필터링 추출 공정'을 개발했다.
 새로운 공정의 핵심은 '산화니켈(NiOx)' 촉매다. 산화니켈 분말을 정공수송층 제조용액에 첨가하면 분말과 용액이 반응해 산화니켈 표면이 리튬을 강하게 끌어당기는 상태로 바뀐다. 첨가제 없이 리튬염에서 리튬을 분리할 수 있는 것이다. 분리된 리튬 이온은 산화니켈 표면에 달라붙는다.
 연구진은 반응이 끝난 산화니켈 분말을 필터로 걸러내는 물리적 추출 공정도 적용했다. 입자가 큰 산화니켈 분말이 필터에 걸러질 때 표면에 붙는 리튬 이온도 함께 걸러지는 방식이다.
 새로운 공정을 이용해 추출한 용액을 사용하면 성능 저하를 유발하는 요소인 첨가제·리튬 잔류물·산화니켈 촉매가 없는 '무결점 정공수송층'을 제조할 수 있다.
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 <img alt="기술 성능시험을 진행하고 있는 연구진 모습. 에너지연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113003797rjrx.png" data-org-width="680" dmcf-mid="51IwetgRn6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/15/dongascience/20261015113003797rjrx.png" width="658">
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 기술 성능시험을 진행하고 있는 연구진 모습. 에너지연 제공
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 연구진은 개발한 공정을 적용해 페로브스카이트 태양전지를 제작하고 온도 85℃, 상대습도 85%의 고온·고습 환경에서 내구성을 검증했다. 검증 결과 태양전지가 1000시간이 지나도 초기 효율의 95%를 유지하는 것을 확인했다.
 첨가제를 활용한 기존 공정보다 '광전변환효율'도 높았다. 광전변환효율은 태양전지가 받은 빛이 전기로 변환되는 비율이다. 새로운 공정을 바탕으로 만든 태양전지의 광전변환효율은 25.24%로 기존 공정 기반 태양전지(25.21%)보다 0.03%포인트 높았다. 첨가제 없이 효율을 높일 수 있다는 의미다.
 연구를 주도한 안세진 책임연구원은 "기존 페로브스카이트 제조 공정의 틀을 깨고 필요한 반응만 촉매로 유도한 뒤 원인 물질을 걸러내는 새로운 공정을 제시했다는 의의가 있다"며 "고질적인 수명 문제를 해결함으로써 페로브스카이트 및 탠덤 태양전지 상용화를 앞당기는 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1002/advs.75233
 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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