분자 연결 위치 바꿨더니…영하 100도~영상 100도 버티는 태양전지 개발 작성일 09-03 96 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="znvKUvaers"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f2538489bf8a3d449ec5019431a9aca2933a5cea38ea5094891e0e76da963242" dmcf-pid="qLT9uTNdsm" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="극한의 온도를 오갈 수 있는 태양전지에 적용된 자가조립단분자막의 구조. (울산과학기술원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/03/etimesi/20260903120244463lpwp.png" data-org-width="427" dmcf-mid="7RI7tIiPDO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/03/etimesi/20260903120244463lpwp.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 극한의 온도를 오갈 수 있는 태양전지에 적용된 자가조립단분자막의 구조. (울산과학기술원) </figcaption> </figure> <p contents-hash="3ce71110df494f342995d1d1b6e9c421eeabab6022396afeae9d9da66bffeac9" dmcf-pid="Boy27yjJrr" dmcf-ptype="general">분자의 연결 위치 하나를 바꾸는 것만으로 영하 100도에서 영상 100도에 이르는 극한 온도 변화에도 안정적으로 작동하는 페로브스카이트 태양전지용 계면소재가 개발됐다.</p> <p contents-hash="d306c8769284ded6ba68da311eee818090ead4cbe6116daa66e93ba7c4cf0b1f" dmcf-pid="bgWVzWAirw" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 양창덕·신승재 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수와 송명훈 신소재공학과 교수 공동연구팀이 자기조립단분자막(SAM)의 분자 연결 위치를 조절해 전극 위에서 치밀하고 안정적으로 배열되는 계면소재 'LY-m'을 개발했다고 3일 밝혔다.</p> <p contents-hash="5e785c1f63e2136b9340486a5f44cb12430ac99a433fad6c434aba1df94ca83b" dmcf-pid="KaYfqYcnID" dmcf-ptype="general">자기조립단분자막은 특정 분자들이 기판 표면에 스스로 결합하고 정렬해 형성하는 분자 한 층 두께의 얇은 막이다. 페로브스카이트 태양전지에서 계면 결함을 줄이고 전하 이동을 원활하게 하는 역할을 한다.</p> <p contents-hash="cfb345234a54aeecdf8f7bfc7f05552448ad90b02bfe77e093f61d9ee34f6b92" dmcf-pid="9NG4BGkLmE" dmcf-ptype="general">차세대 태양광 기술로 주목받는 페로브스카이트 태양전지 가운데 최근에는 전하수송층의 위아래 구조를 뒤집은 역구조 방식이 높은 효율과 안정성을 구현할 수 있는 구조로 연구되고 있다.</p> <p contents-hash="63544ee5fbbce21c02cafccf29e5e36287ad259e264202e221f00a3210978e7d" dmcf-pid="2jH8bHEomk" dmcf-ptype="general">역구조 소자에서는 투명전극인 ITO와 페로브스카이트 흡수층 사이 계면의 품질이 전체 태양전지 성능을 좌우한다. 이 계면에서 정공수송층으로 SAM이 널리 활용되지만 분자 배열이 균일하지 않거나 열에 노출될 경우 에너지 손실이 커지고 장기 안정성이 떨어지는 문제가 있었다.</p> <p contents-hash="b74fa29d9a2fc24b621539cdf0055e0be8bc74229fbb09962d02cc0f1ed94eb0" dmcf-pid="VAX6KXDgIc" dmcf-ptype="general">기존 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 SAM의 화학구조와 전기적 특성을 동시에 변화시키는 방식이 주로 활용됐다. 이 때문에 분자의 연결 위치 자체가 태양전지 계면 성능에 어떤 영향을 주는지를 명확하게 규명하기는 어려웠다.</p> <p contents-hash="283d45c78c941d6095202095454d32ea75121b5d803b5e9763f6529c8fae0102" dmcf-pid="fcZP9ZwaEA" dmcf-ptype="general">연구팀은 SAM 분자의 기본적인 화학구조는 그대로 유지하면서 중간 연결고리 위치만 달리한 세 종류의 이성질체를 합성했다. 연결 위치에 따라 오르토(ortho), 메타(meta), 파라(para) 구조의 'LY-o', 'LY-m', 'LY-p'로 구분했다.</p> <p contents-hash="2b1436dab95862e14589fdf0dabe76f9fe500f2af86ce89fcd531e4073ff1ead" dmcf-pid="4k5Q25rNEj" dmcf-ptype="general">세 소재를 페로브스카이트 태양전지 계면에 각각 적용한 결과 메타 위치에 연결된 LY-m이 가장 우수한 성능을 나타냈다.</p> <p contents-hash="0e20737d5c242b1ee021061ff11aa3d3bd6b4b143f7eeaf1ef6203843f9c6de4" dmcf-pid="8H4Da41ysN" dmcf-ptype="general">LY-m 분자는 투명전극 기판 위에서 기울어진 형태로 촘촘하고 균일하게 배열됐다. 세 이성질체 가운데 가장 높은 결합 에너지를 나타냈으며 계면 결함도 효과적으로 줄이는 것으로 확인됐다.</p> <p contents-hash="159c3d26677bed8aec02d70af11b0a83f5c8bc5b8d60e8491d8c24253fd40b2c" dmcf-pid="6X8wN8tWEa" dmcf-ptype="general">실제 역구조 페로브스카이트 태양전지에 LY-m을 적용한 결과 최고 광전변환효율 26.39%를 기록했다.</p> <p contents-hash="cad8c93e246835dcfa7badb1fe95f984f21ce3fd5a697ad0eec2913a49a014d0" dmcf-pid="PZ6rj6FYOg" dmcf-ptype="general">극한 온도 환경에서도 높은 안정성을 보였다. 연구팀이 영하 100도와 영상 100도 환경에 각각 30분씩 반복 노출하는 열순환 시험을 진행한 결과 기존 상용 소재를 적용한 소자는 작동을 멈췄지만 LY-m 적용 소자는 효율이 약 9% 감소하는 데 그치며 정상 작동을 유지했다.</p> <p contents-hash="077a9105bb5c9d882f92f338edd024284c5cbe4a3c48af9f1d48ac937c8f6887" dmcf-pid="Q5PmAP3Gwo" dmcf-ptype="general">이번 성과는 단순히 새로운 물질을 합성하는 데 그치지 않고 같은 화학식을 가진 분자라도 원자의 연결 위치를 정밀하게 조절하면 계면 배열과 결합력, 소자 안정성을 크게 개선할 수 있다는 점을 확인했다는 데 의미가 있다.</p> <p contents-hash="cc6b70c212e48a77133e5e841640cb5c9bfbafa8bd330a21f284753e767bee59" dmcf-pid="x1QscQ0HmL" dmcf-ptype="general">특히 일반적인 지상 환경보다 온도 변화가 큰 우주·항공 분야에서는 태양전지의 열적 안정성이 중요한 만큼 향후 극한 환경용 고효율 태양전지 소재 개발에도 활용될 가능성이 있다.</p> <p contents-hash="8a9a499f6c3e9495757b79faea2a9de74cdaa6e68b01c1daf5c8d6e26427ec96" dmcf-pid="yLT9uTNdsn" dmcf-ptype="general">양창덕 교수는 “이번 연구는 분자 수준의 정교한 설계를 통해 효율과 안정성을 함께 높일 수 있음을 보여줬으며, 우주·항공처럼 극심한 온도 변화가 예상되는 환경에서의 태양전지 적용 가능성을 높였다”고 말했다.</p> <p contents-hash="05f56bcabb1f706965ea292b5f521ea6a67dfc79605405c70ce8a8ee6d03acc2" dmcf-pid="Woy27yjJDi" dmcf-ptype="general">이번 연구는 결과는 에너지 분야 국제학술지 '줄(Joule)'에 지난달 3일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="fbc9349807743dfb8e4e7f66db8609fb935729cc1d190ef3798ffc5dacfd5786" dmcf-pid="YgWVzWAiOJ" dmcf-ptype="general">이인희 기자 leeih@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 200℃ 변화에도 '잘버티는' 페보브스카이트 태양전지 개발 09-03 다음 코오롱베니트, ESG 공시 의무화 앞두고 통합관리 사업 확대…공급망 실사까지 지원 09-03 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
