GIST, 이산화탄소 활용 페로브스카이트 태양전지 성능 향상기술 공동 개발
상태바
GIST, 이산화탄소 활용 페로브스카이트 태양전지 성능 향상기술 공동 개발
  • 첨단넷
  • 승인 2021.06.07 08:00
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

가스 도핑 전, 산소 도핑, 이산화탄소 도핑에 따른 정공 수송 소재와 와 리튬비스마이드 혼합용액 색깔 변화(왼쪽). 도핑 유무 및 도핑 가스의 종류에 따른 태양전지 전류 전압 곡선(오른쪽).
가스 도핑 전, 산소 도핑, 이산화탄소 도핑에 따른 정공 수송 소재와 와 리튬비스마이드 혼합용액 색깔 변화(왼쪽). 도핑 유무 및 도핑 가스의 종류에 따른 태양전지 전류 전압 곡선(오른쪽).

광주과학기술원(GIST)은 공재민 차세대에너지연구소 연구교수가 이산화탄소를 이용해 페로브스카이트 태양전지 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있는 새로운 유기반도체 도핑기법을 개발, 과학 분야 최고 권위지인 ‘네이처(Nature)’에 최근 게재했다고 7일 밝혔다.

2013년 GIST 신소재공학부를 졸업한 공 연구교수는 이광희 GIST 신소재공학부 교수팀, 미국 뉴욕대·예일대 연구팀과 공동으로 온실가스를 활용한 고성능 페로브스카이트 태양전지 제작기술을 개발했다.

유기반도체는 유기발광다이오드(OLED)·염료감응형태양전지·유기태양전지 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 현재 25.5%의 높은 에너지 전환효율로 실리콘 태양전지를 대체할 신재생에너지원으로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지에도 유기반도체를 사용한다.

페로브스카이트 태양전지에서 정공 수송 소재로 주로 스파이로 구조체(Sprio-OMeTAD)인 유기반도체와 리튬비스마이드(LiTFSI)를 같이 혼합해 사용하고 있다. 정공 수송 소재가 일정 수준 이상의 정공 전달 능력을 갖게 하려면 공기노출을 통한 산소 도핑이 필수적이다. 이는 보통 수 시간에서 많게는 하루 정도의 공정 시간을 필요로 해 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 산소 대신 온실가스인 이산화탄소를 유기반도체 도핑에 활용, 이산화탄소 도핑 효율을 높이기 위해 정공 수송 소재와 리튬비스마이드가 혼합된 용액에 이산화탄소를 버블링하는 기법을 도입했다. 자외선 빛 아래에서 용액 속으로 이산화탄소를 불어넣어줌으로써 빠른 도핑을 유도하고 도핑 공정시간을 1분 수준으로 줄였다.

연구팀이 개발한 이산화탄소 버블링 기법은 기존의 산소 도핑 기법 대비 공정시간을 100분의 1 수준으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 단시간에 유기반도체인 정공 수송 소재 전기전도도를 100배까지 끌어 올렸다. 이번 연구결과는 향후 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 앞당길 기술로 활용할 수 있을 전망이다.

또 도핑에 사용한 이산화탄소는 탄산염 형태로 변환·저장되기 때문에 유기반도체 도핑과 동시에 지속가능한 탄소원 포집 및 재활용 기술에 활용될 것으로 기대하고 있다.

공재민 연구교수는 “이산화탄소 도핑 기법을 통해 페로브스카이트에 사용되는 유기반도체의 전도도를 단시간에 크게 향상시킬 수 있었다”면서 “유기반도체가 도핑되는 과정을 잘 활용하면 유기반도체 도핑과 동시에 온실가스 저감 및 재활용에도 이용할 수 있을 것”이라고 말했다.

공 연구교수가 제1저자로 연구를 주도한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 중점연구소사업(경상대) 등의 지원을 받아 수행됐다.

공재민 GIST 연구교수.
공재민 GIST 연구교수.

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사
이슈포토