진공 증착으로 결함 잡는 새 방식
페로브스카이트 태양전지는 표면 결함 때문에 전자가 손실되고 효율이 떨어지는 문제가 있습니다. UNIST 양창덕 에너지화학공학과 교수와 최경진 신소재공학과 교수 연구팀은 패시베이션 물질을 진공에서 기체로 만든 뒤 표면에 얇게 입히는 방법을 개발했는데요. 기존 용액 공정은 균일도가 낮았습니다. 연구팀은 피페라지늄 다이아이오다이드(PDI)를 진공에서 가열해 기체 상태로 증착하며 이 한계를 넘었습니다.
진공 증착에서 PDI 분자와 페로브스카이트 표면 사이의 평균 흡착 거리는 1.69옹스트롬으로, 용액 공정의 2.19옹스트롬보다 가까워졌습니다. 막 두께도 0.81나노미터로 얇아졌고, 초당 0.01나노미터 속도로 균일하게 쌓였습니다. 이 얇은 층이 전자 손실을 줄인 겁니다.
효율과 균일성, 숫자로 확인
성과는 수치로도 분명합니다. 단일 페로브스카이트 태양전지는 최고 26.05%의 효율을 기록했고, 용액 처리 전지의 25.43%보다 높았습니다. 페로브스카이트와 실리콘을 쌓은 탠덤 전지에서는 33.09%의 공인 효율을 달성했습니다. 이는 상용화 단계에 가까운 고효율 태양전지 시장에서 의미 있는 진전으로 평가됩니다.
연구팀이 12개의 전지를 비교한 결과, 진공 증착 전지의 효율 편차는 0.12%에서 0.04%로 줄었습니다.
내구성과 상용화 전망
65도에서 빛을 계속 비추며 작동시킨 결과, 진공 증착 전지는 초기 효율의 90%를 유지하는 시간이 1,005시간으로 나타났습니다. 용액 처리 전지의 570시간보다 약 55% 길어진 수치입니다.
연구 결과는 국제 학술지 '에너지와 환경 과학'에 게재됐습니다. 연구팀은 이 기술이 대량 생산과 실용화에 핵심이 될 것으로 기대합니다. 다만 상용화까지는 대면적 검증과 비용 절감 과제가 남아 있습니다. 진공 증착 패시베이션이 효율과 내구성을 동시에 잡는 대안이 될지 주목됩니다.