박남규 교수 연구팀, 차세대 태양전지 수명 대폭 늘리고 최고 효율 달성 작성일 09-04 39 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="pZUcyzTsi5"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="be90a4bc6fb89ddefef287b336d853e5f7d2092dd141432f751d76df7177b6c3" dmcf-pid="U5ukWqyOeZ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="내부 광활성층의 구조를 바꿔 페로브스카이트 태양전지의 효율과 수명을 향상시킨 연구가 나왔다. 게티이미지뱅크 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904105409399okrn.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="32wbJsd8Jt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904105409399okrn.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 내부 광활성층의 구조를 바꿔 페로브스카이트 태양전지의 효율과 수명을 향상시킨 연구가 나왔다. 게티이미지뱅크 제공. </figcaption> </figure> <p contents-hash="d971eeb15a5d1078abe2db79bd810fcdd551e1ac572f8077b75414c1149188bf" dmcf-pid="u17EYBWIeX" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 차세대 태양전지로 여겨지는 페로브스카이트 태양전지 설계의 기존 패러다임을 바꿔 태양전지의 효율과 수명을 대폭 향상시켰다. 이번 연구는 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 크게 앞당길 기점이 될 전망이다.</p> <p contents-hash="098b99088097e9b1fe8449604b5f9b57446b8f9af7b0603047e6fcc4a342b5d6" dmcf-pid="7tzDGbYCLH" dmcf-ptype="general">성균관대는 박남규 화학공학부 교수팀이 이상욱 화학공학부 교수팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 속 유기 분자의 원자 단 한 개를 바꿔 전자와 정공의 이동 통로를 제어하는 신개념 계면 설계 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. </p> <p contents-hash="682a81511f7ac9aa802260caa2a60baa4476a5e991708cd55f02880962555ac0" dmcf-pid="zFqwHKGhMG" dmcf-ptype="general">페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 저렴하고 효율성이 높아 차세대 태양전지로 주목받는다. 실리콘 태양전지보다 수명이 짧다는 게 단점이다. </p> <p contents-hash="3266c4c868f4139c99f96098e2c6ad82d13b56e0fb2b7eacdbdd3f7d1bfaecbc" dmcf-pid="q3BrX9HlRY" dmcf-ptype="general">페로브스카이트 태양전지의 수명은 태양전지 내 '전자'와 '정공'의 흐름이 막히면서 단축된다. </p> <p contents-hash="675aa232efecfa2125b1631af31e278a922df702b3c821fe1676b5a7dd4c6aed" dmcf-pid="B0bmZ2XSLW" dmcf-ptype="general">태양전지가 햇빛을 받으면 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 정공이 전선을 타고 이동하며 전류가 흐른다. 태양전지가 전기를 원활하게 생성하기 위해서는 전자와 정공이 서로 반대 방향의 통로를 통해 각 전극으로 막힘없이 이동해야 한다. </p> <p contents-hash="2a0be891615db5d1728b0f38aa3c7017dd2eeb9477639e47c5835b4a027d017f" dmcf-pid="bpKs5VZvMy" dmcf-ptype="general">기존에는 전자와 정공의 흐름을 돕기 위해 화학물질을 첨가하는 '도핑' 방식을 이용했다. 그러나 시간이 흐르며 첨가된 화학물질이 원위치에서 이동하거나, 태양전지 내 다른 화학물질과 반응을 일으키는 문제가 발생한다. 전자와 정공이 원활하게 흐르지 못하는 것이다.</p> <p contents-hash="ec4496fc45e7522c125ff4a61176129834fdc0ddf73926d543dfcd310ff1a87e" dmcf-pid="KU9O1f5TeT" dmcf-ptype="general">연구팀은 화학물질을 첨가하는 대신 페로브스카이트 태양전지를 구성하는 물질의 결정 연결 모양을 바꾸는 혁신적인 해결책을 냈다. </p> <p contents-hash="e04b1be43022ed476878b49ddeba366af31d03fc90ed444057a79e4da21658a7" dmcf-pid="9u2It41yRv" dmcf-ptype="general">페로브스카이트 태양전지에서 빛을 흡수해 전자와 정공을 만드는 핵심 부분을 '광활성층'이라고 한다. 광활성층 내부는 아이오딘과 납으로 구성된 팔면체 모양의 결정이 스펀지처럼 연결된 모양이다. 기존에는 이 광활성층에 화학물질을 도핑했다.</p> <p contents-hash="adf657cc2650f9f8bd0cda828e6f2cccf42f06697edd83e0deca8e8d8403f078" dmcf-pid="2MoF4NfzRS" dmcf-ptype="general">연구팀은 광활성층을 구성하는 팔면체 결정 속 원자를 단 한 개 바꿨다. 질소(N)를 넣었더니 팔면체 결정이 단일 사슬 형태를 만들어 전자가 막힘없이 흘렀다. 황(S)을 넣었더니 팔면체 결정은 이중 사슬 구조로 연결돼 정공이 잘 빠져나가도록 유도했다. </p> <p contents-hash="cd29f7e633758cc487c5f327baa3343930a16b425c6c6b9cafc14984d77437a8" dmcf-pid="VRg38j4qdl" dmcf-ptype="general">원자 하나를 바꾸어 결정이 이어지는 길을 조절, 전자와 정공이 달려갈 '전용 고속도로'를 양쪽에 동시에 뚫어준 셈이다.</p> <p contents-hash="b621dc59a709bebc1a288c5304f5ff9b58d3ed0a46dfcc17cd467ef7a287b48d" dmcf-pid="fea06A8BMh" dmcf-ptype="general">연구팀이 이 구조를 태양전지 양쪽 계면에 적용한 결과 세계 최고 수준인 27.61%의 광전변환 효율(공인 27.19%)을 기록했다. </p> <p contents-hash="df1bf9eecce4b9d92afd3c59a2895e69cdc4d7b2c7a9fa30179c838e3848dbb2" dmcf-pid="4dNpPc6bLC" dmcf-ptype="general">태양전지를 665제곱센티미터의 대면적 모듈로 만들었을 때에도 22.26%의 높은 광전변환효율을 보였다. 2000시간 동안 연속으로 빛을 비추는 가혹한 환경에서도 초기 성능의 97.8%를 유지하며 뛰어난 내구성을 입증했다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="97ef7d27fe17308bbb80b67dbbebd847d76f0e70ac94599bf76c948cba25930e" dmcf-pid="8JjUQkPKLI" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구자들 사진. 왼쪽부터 장야란 성균관대 화학공학부 연구원, 박남규 교수, 이상욱 교수다. 성균관대 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904105410697agzq.png" data-org-width="680" dmcf-mid="03zDGbYCi1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/04/dongascience/20260904105410697agzq.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구자들 사진. 왼쪽부터 장야란 성균관대 화학공학부 연구원, 박남규 교수, 이상욱 교수다. 성균관대 제공. </figcaption> </figure> <p contents-hash="3a42f6f85f93c58f6050c46d9673cb0041f07ea9855b08f9b19c2aa5d34790ca" dmcf-pid="6iAuxEQ9JO" dmcf-ptype="general">박 교수는 페로브스카이트 태양전지 분야에서 세계적인 석학으로 손꼽힌다. 그는 "이번 연구는 인위적인 화학 도핑 없이 단일 원자 치환을 통한 결정 연결구조의 변화만으로 전자와 정공의 흐름을 완벽하게 제어할 수 있음을 세계 최초로 규명한 성과"라며 "향후 고효율·고안정성 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.</p> <p contents-hash="7d77f2b64b9e9544df4cb29e4a90269723bd635d8276a3a40c0897cec2f51dba" dmcf-pid="Pnc7MDx2Rs" dmcf-ptype="general"> <참고자료><br> doi: 10.1038/s41563-026-02722-3</p> <p contents-hash="865424836134d6e3925077cdc93767e4596e0e14691de4551cf015eff31e1b95" dmcf-pid="QLkzRwMVnm" dmcf-ptype="general">[김소연 기자 lecia@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 SOOP, 'Google Play ASL 시즌22' 16강 경기 예정 09-04 다음 스트림플레이션 시대, SK브로드밴드가 제안하는 ‘B tv+ max’ 활용법 09-04 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
