전북대학교는 사디아 아민 연구교수(공대 화학공학부·지도교수 신형식)가 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 높이고, 가격까지 혁신적으로 낮출 수 있는 홀전도체 물질을 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다고 17일 밝혔다.
이 연구 결과는 세계적 저명 학술지인 '나노 에너지(Nano Energy, impact factor=12.343)' 온라인 판에 '‘Stable perovskite solar cells using thiazolo [5,4-d]thiazole-core containing hole transporting material'이라는 제목의 논문으로 게재됐다.
페로브스카이트 태양전지는 기존 다결정 실리콘 태양전지에 비해 발전효율이 높으며, 제조 가격은 매우 낮기 때문에 전 세계적으로 실용화를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 높은 발전 효율의 주된 이유로 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 등에 기인한다.
그 중 현재 우수한 전하이동을 위해서 가장 많이 사용되고 있는 홀전도체는 ‘Spiro-OMeTAD’이라는 물질인데, 이 소재는 다단계 합성 및 복잡한 정제과정에 수반되어 높은 비용이 소요됐다. 때문에 상업적으로 적합하지 않다는 치명적 단점을 갖고 있음에도 효율이 높아 사용할 수밖에 없었다.
그러나 이번 아민 사디아 교수의 연구를 통해 개발된 전도성 저분자 홀전도체 물질은 제조가 쉽고, 저비용이면서도 기존 ‘Spiro-OMeTAD’ 소재와 비슷한 효율(16.4%)을 얻었다.
특히 기존 물질의 단점으로 지적된 전극의 안정성까지 개선하는 것으로 실험 결과 나왔다.
이는 저분자 물질합성에서 furan 스페이서 작용기를 첨부하여 홀이동도를 높이고 최고 점유 분자궤도함수(HOMO)와 최저 비점유 분자궤도함수(LUMO) 조절로 띠 간격을 변경한 새로운 홀전도체 소재를 개발했기 때문이다.
본 논문의 제1저자로 연구를 주도한 아민 사디아 교수는 최근 5년간 39편의 국제논문과 7권의 국제저술을 하는 등 다양한 연구 성과를 보이고 있다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 중견연구자지원사업과 기본연구지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다./고병권 기자
