포스텍 화학공학과 통합과정 김태완씨, 박사 후 연구원 마디 말레샤이 바이란반드씨와 박태호 교수는 평평한 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 전자 전달층인 티타늄산화물에 요오드화제일구리(CuI)를 코팅해 씌웠다.
수도꼭지를 틀 때, 수돗물이 조금 늦게 나오고, 잠그고 나서도 남은 물이 조금 떨어지는 이와 같은 지연 현상을 히스테리시스라 부른다. 이 현상이 태양전지에서 일어나게 되면 효율이 낮아지게 된다.
간단한 원스텝 스핀 코팅 방법으로 에너지 레벨이 높아지고, 요오드화제일구리의 전류를 끌어당기는 성질로 인해 전자를 더욱 빠르게 이동할 수 있게 됐다. 특히 요오드화제일구리가 전자 이동 경로의 작은 구멍들을 막아줘 전자가 원래 자리로 되돌아가지 못하게 해 재결합률을 낮췄고, 전자 추출 능력이 19.0%로 높은 효율을 보였다.
그동안 평평한 타입의 페로브스카이트 태양전지는 전자를 옮기는 전달층으로 티타늄산화물(TiO₂)을 사용했다. 투명해서 햇볕을 잘 받지만, 낮은 전자이동도와 전자가 다시 원래 위치로 되돌아가려는 성질인 재결합률이 높은 점, 잔류 현상과 같은 히스테리시스로 효율이 낮아지는 문제가 있었다. 연구팀은 요오드화제일구리를 입혀 이 문제를 해결했고, 히스테리시스가 거의 없어 동일한 효율이 나오는 것을 확인했다.
연구를 이끈 김태완 씨는 “요오드화제일구리는 싸고 안정적이면서도 티타늄산화물이 가지는 대부분의 문제를 한꺼번에 해결이 가능하다”며 “지금까지 알려진 어떠한 소자 연구에서도 사용된 바가 없어 앞으로 태양전지 뿐 아니라 대다수 전자소자에 널리 응용이 가능할 것”이라며 기대감을 밝혔다.
한편 이번 연구는 이 연구는 에너지 분야 권위지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈를 통해 발표됐으며, 한국연구재단의 기초연구사업 지원으로 수행됐다.
이부용 기자
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