태양전지에 얇은 막 코팅했더니 효율·내구성 확 올랐다
유용하 기자
수정 2026-09-20 16:33
입력 2026-09-20 16:02
세줄 요약
- UNIST, 페로브스카이트 표면 진공 코팅 기술 개발
- 결함 감소로 효율 26.05% 달성, 성능 편차 완화
- 65도 광조사 시험서 내구성 1005시간 유지
픽사베이 제공
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과, 신소재공학과 공동 연구팀은 특수 물질을 진공에서 휘발시켜 페로브스카이트 표면에 얇게 코팅해 태양전지 효율과 내구성을 높이는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 이 연구 결과는 친환경 에너지 화학 분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경 과학’에 실렸다.
페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트층과 전자수송층 사이에 패시베이션 물질이 입혀진다. 패시베이션 물질을 표면에 도포하면 페로브스카이트층 상단의 결함이 제거되면서 전자 손실이 줄어 태양광을 전기로 바꾸는 효율이 높아진다. 결함은 소재 손상을 일으키기도 하기 때문에 전지 수명을 늘리는 데도 도움이 된다. 이 물질은 주로 용매에 녹여서 바르는데 일부가 뭉치거나 표면에 고르게 퍼지지 않아 전지마다 성능이 들쭉날쭉해진다는 단점이 있다.
이런 단점을 없애기 위해 패시베이션 물질을 진공에서 가열해 휘발시킨 뒤 기체 상태의 분자가 페로브스카이트 위에 바로 내려앉도록 하면 표면에 공급되는 물질의 양과 쌓이는 속도를 조절해 균일한 막을 만들 수 있다. 이런 진공 증착은 균일한 막을 만들기 위해 반도체 공정에서도 많이 쓰인다. 문제는 휘발 속도를 제어할 수 있는 물질을 찾는 일이다. 너무 쉽게 휘발되면 표면에 쌓이는 양을 조절하기 어렵고 반대로 잘 휘발하지 않으면 더 높은 온도로 가열해야 해 물질 자체가 분해될 수 있기 때문이다.
연구팀은 패시베이션 물질 6종 중 열 안정성과 휘발 특성을 비교해 ‘피페라지늄 다이아이오도다이드’(PDI)를 선정했다. 이 물질을 초당 0.01㎚(나노미터)씩 쌓자 용액으로 처리했을 때보다 분자들이 표면에 더 가깝고 고르게 붙어 결함에 따른 에너지 손실을 줄였다. 이 표면 처리 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지의 최고 효율은 26.05%로 같은 물질을 용액으로 처리한 전지의 25.43%보다 높았다. 내구성도 향상됐다. 65도에서 빛을 계속 비추며 작동시킨 시험에서 이번 기술을 적용한 전지는 초기 효율의 90%를 유지하는 시간이 1005시간으로 용액 처리 전지보다 약 55% 더 길어졌다.
양창덕 에너지화학공학과 교수는 “이번 기술은 페로브스카이트 태양전지의 효율과 내구성을 높이면서 전지 간 성능 편차도 줄일 수 있는 방법”이라며 “고효율 태양전지의 대면적·대량 생산에 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
유용하 과학전문기자
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