박혜성 고려대 교수팀, 신개념 태양전지 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 메조다공성(Mesoporous) 구조의 이황화몰리브덴(MoS2)을 활용, 신개념 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

왼쪽부터 박혜성 교수, 공동 제1저자인 최윤성·구동환 박사(사진=고려대 제공)

고려대는 박혜성 KU-KIST 융합대학원 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 25일 밝혔다. 최윤성·구동환 박사가 논문 제1저자로 연구에 참여했다. 연구 결과는 나노분야 국제 저명학술지(Nature Nanotechnology) 10월 7일자로 게재됐다.

차세대 태양전지의 주요 소재로 손꼽히는 페로브스카이트는 우수한 광 흡수 능력과 전하 이동속도를 갖고 있다. 그러나 기존 페로브스카이트에 사용되는 이산화티타늄(TiO2) 전자 수송층은 500°C 이상의 고온 소결(sintering) 공정이 필요하다. 빛에 노출되면 광촉매 반응으로 인한 성능 저하가 일어나는 한계도 있다.

연구팀은 기존 이산화티타늄을 대체할 전자 수송층 소재로 메조다공성(기공이 미세다공성 물질보다는 크고 매크로다공성 물질보다는 작은 구조) 구조의 이황화몰리브덴을 활용했다. 이황화몰리브덴은 기존 이산화티타늄보다 비교적 저온(100 °C)에서 공정이 가능하다. 또한 페로브스카이트 구조와 유사성을 갖고 있어 페로브스카이트 결정 성장과 전지의 장기 안전성 향상에 기여한다.

이번 연구를 통해 개발된 메조다공성 구조의 이황화몰리브덴 페로브스카이트 태양전지는 소면적 소자(0.08cm²)에서 25.7%의 전력 변환 효율(인증 효율: 25.4%)을 보였다. 아울러 2000시간 이상의 광조사 하에서도 초기 성능의 90%를 유지하는 등 성능·안정성 측면에서 기존 대비 우수한 성능도 입증했다.

이번 연구는 산업통상자원부·과학기술정보통신부의 중견연구자사업 등의 지원을 받아 수행했다. 박혜성 교수는 “이번 연구는 메조다공성 이황화몰리브덴을 페로브스카이트 태양전지의 전자 수송층으로 적용함으로써 태양전지의 효율과 안정성을 크게 높인 사례”라며 “기존 전자 수송층의 한계를 극복할 수 있는 중요한 돌파구를 제공할 것”이라고 기대했다.