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- 작성일
- 2022.11.15
- 수정일
- 2022.11.15
- 작성자
- 공과대학
- 조회수
- 180
한윤봉 석좌교수팀, 납 없는 친환경 태양전지 개발
페로브스카이트 태양전지는 차세대 태양전지로 각광을 받고 있지만, 장시간 사용할 때 안정성 저하로 수명과 효율이 현저하게 단축된다. 특히 EU의 ‘전기전자제품 내 유해물질 사용제한 지침(RoHS)’에 규제항목으로 포함돼 있는 납(pb)을 함유하고 있어 친환경적이지 못하다.
우리대학 석좌교수인 한윤봉 교수팀(화학공학부)이 이러한 문제점들을 획기적으로 개선한 친환경 태양전지를 개발해 세계 학계가 주목하고 있다. 한 교수팀은 주석(Sn)-그래핀계 복합소재를 이용해 유해물질인 납을 포함하지 않는 친환경 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 『Advanced Energy Materials』(Impact Factor=29.698) 온라인판 최신호(2022.10.03.)에 게재됐다.
한 교수팀은 그동안 페로브스카이트 태양전지의 안정성 문제를 해결하기 위해 화학적, 광학적, 열적 안정성이 우수한 기능성 복합소재들을 만들고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용함으로써 태양전지의 효율과 장기간 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 기술을 개발하여 에너지 분야의 세계적 학술지들에 보고한 바 있다.
특히, 납을 포함하지 않는 무연(無鉛) 페로브스카이트 태양전지 개발의 중요한 이슈는 납을 대체할 수 있는 물질 개발인데, 주석(Sn)을 함유한 페로브스카이트가 가능성이 큰 물질로 주목받고 있다. 그러나 주석-페로브스카이트의 문제점은 결정성장 속도가 빠르고, 공기 중에서 주석 성분의 산화가 빠르게 일어나 태양전지 효율이 현저하게 감소하는 문제점을 갖고 있다.
이 문제 해결을 위해 한 교수팀은 질소(N)가 도핑된 그래핀계 소재를 개발하고, 이를 주석-페로브스카이트 태양전지의 활성층과 정공(hole) 수송층, 그리고 활성층/정공수송층 계면층에 세계 최초로 적용하여 각 층에서 기능성 복합소재가 형성되도록 했다.
이를 통해 기존의 주석-페로브스카이트 태양전지에 비해 결정이 크고 치밀한 활성층이 형성됨으로써 광흡수율, 광전압 및 광전류 밀도가 크게 향상됐고, 태양전지 효율이 60일 이상 지나도 91% 이상 유지됨을 확인했다.
연구진은 “이번 연구결과는 무연 페로브스카이트 태양전지의 실용화를 위한 중요한 진보를 이뤘다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구에는 한 교수의 지도를 받아 우리대학 화학공학부에서 박사학위를 취득한 타미네 마흐모디 박사와 하미드 코한(석사), 임연호 교수(화학공학부), 노원엽 교수(국제이공학부)가 참여했다. 한국연구재단의 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
우리대학 석좌교수인 한윤봉 교수팀(화학공학부)이 이러한 문제점들을 획기적으로 개선한 친환경 태양전지를 개발해 세계 학계가 주목하고 있다. 한 교수팀은 주석(Sn)-그래핀계 복합소재를 이용해 유해물질인 납을 포함하지 않는 친환경 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 『Advanced Energy Materials』(Impact Factor=29.698) 온라인판 최신호(2022.10.03.)에 게재됐다.
한 교수팀은 그동안 페로브스카이트 태양전지의 안정성 문제를 해결하기 위해 화학적, 광학적, 열적 안정성이 우수한 기능성 복합소재들을 만들고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용함으로써 태양전지의 효율과 장기간 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 기술을 개발하여 에너지 분야의 세계적 학술지들에 보고한 바 있다.
특히, 납을 포함하지 않는 무연(無鉛) 페로브스카이트 태양전지 개발의 중요한 이슈는 납을 대체할 수 있는 물질 개발인데, 주석(Sn)을 함유한 페로브스카이트가 가능성이 큰 물질로 주목받고 있다. 그러나 주석-페로브스카이트의 문제점은 결정성장 속도가 빠르고, 공기 중에서 주석 성분의 산화가 빠르게 일어나 태양전지 효율이 현저하게 감소하는 문제점을 갖고 있다.
이 문제 해결을 위해 한 교수팀은 질소(N)가 도핑된 그래핀계 소재를 개발하고, 이를 주석-페로브스카이트 태양전지의 활성층과 정공(hole) 수송층, 그리고 활성층/정공수송층 계면층에 세계 최초로 적용하여 각 층에서 기능성 복합소재가 형성되도록 했다.
이를 통해 기존의 주석-페로브스카이트 태양전지에 비해 결정이 크고 치밀한 활성층이 형성됨으로써 광흡수율, 광전압 및 광전류 밀도가 크게 향상됐고, 태양전지 효율이 60일 이상 지나도 91% 이상 유지됨을 확인했다.
연구진은 “이번 연구결과는 무연 페로브스카이트 태양전지의 실용화를 위한 중요한 진보를 이뤘다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구에는 한 교수의 지도를 받아 우리대학 화학공학부에서 박사학위를 취득한 타미네 마흐모디 박사와 하미드 코한(석사), 임연호 교수(화학공학부), 노원엽 교수(국제이공학부)가 참여했다. 한국연구재단의 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
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