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차세대 광전소자 페로브스카이트 소재의 상용화 눈앞

입력 2024.05.17. 15:44
켄텍-한국화학연구원 공동연구팀
친환경 용매·대량생산화 공정 통해
페로브스카이트 태양전지 소재 개발
켄텍, 한국화학연구원 공동연구팀과 LK Chem이 기념사진을 촬영하고 있다. 켄텍 제공

차세대 광전소자용 페로브스카이트 소재의 상용화가 앞당겨질 전망이다.

한국에너지공대(켄텍)은 정의혁 켄텍 교수와 전남중 한국화학연구원 책임연구원 공동연구팀이 고성능 페로브스카이트 소재 합성용 친환경 용매 공정법을 개발했다고 17일 밝혔다.

유무기 페로브스카이트 소재는 우수한 광학 및 전기적 특성과 더불어 초경량화, 투과도 조절 및 유연성을 가질 수 있다는 장점으로 인해 태양전지뿐만 아니라 디스플레이, 센서, 신호 변환 및 저장 소자 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 차세대 신소재로 주목받고 있다. 그러나 합성 공정상 인체 및 환경에 유해하고 공정처리비용이 경제적으로 불리한 용매 기반의 소재 생산이 주를 이루고 있었다.

공동연구팀은 친환경 용매인 에탄올을 고품질 알파상(alpha phase) FAPbI3 페로브스카이트 미세결정 정제과정에 도입했다. 페로브스카이트 태양전지에서 빛을 흡수하는 층으로 사용되는 FAPbI3의 품질이 성능에 가장 중요하며, 특히 광흡수를 위한 알파 상의 우수한 소재 도입이 필수적이다.

해당 연구는 주저자 김현서 켄텍 연구원이 FAPbI3 합성 시 필수적인 세척 공정에서 다양한 유기 용매를 사용해 제작된 페로브스카이트 미세결정을 비교 분석하고, 친환경성을 보이면서도 적절한 극성을 가지는 에탄올로 정제된 페로브스카이트 미세결정이 다른 용매로 처리된 것보다 우수한 품질을 가짐에 따라 최종 태양전지 소자에서도 높은 성능 및 재현성을 보이는 것을 확인했다.

친환경 용매 공정법을 통한 ㎏단위 이상의 페로브스카이트 소재 대량 생산 가능성 또한 확인함에 따라 향후 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망된다.

고품질 대용량 페로브스카이트 소재 상용화를 진행하고 있는 이창엽 LK Chem 대표는 "페로브스카이트 소재는 지구의 미래를 위한 재생에너지 해결책으로 제조단계부터 친환경 공정을 확보하는 것은 무엇보다도 중요하다"며 "후손들에게 깨끗한 지구를 물려주는 것은 우리의 숙명으로 본 공정을 통해 글로벌 시장에서 보다 큰 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 기대한다"고 평가했다.

전 책임연구원은 "소재 기반 합성 및 공정 기술을 통해 기업의 대량생산화가 이루어질 수 있는 교두보를 마련한 결과라는데 그 의의가 있다"고 평가했다.

정 교수는 "본 연구는 광전소자 성능 및 안정성 중심의 연구 흐름에서 실질적으로 상용화에 주요 요소 중 하나인 소재의 친환경 합성법 및 대량 생산 가능성에 대한 중요성 및 우수한 성과를 달성했다"라고 소감을 밝혔다.

한편, 해당 연구 결과는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 포스코청암재단 지원으로 수행되었으며 특허 등록 및 Nanoscale Horizons 논문에 게재되며 우수성을 인정받았다.

한경국기자 hkk42@mdilbo.com

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