▲ 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 김진영 교수팀이 그래핀에 불소(F) 원자를 도입한 물질을 이용해 `알루미늄 전극을 쓰는 페로브스카이트 태양전지 소자`를 개발했다.

차세대 태양전지 전극으로 금 대신 알루미늄을 사용하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
이럴 경우 태양전지 제작단가를 낮추면서 안정성도 높일 수 있어 업계의 주목을 받고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 김진영 교수팀이 그래핀에 불소(F) 원자를 도입한 물질을 이용해 `알루미늄 전극을 쓰는 페로브스카이트 태양전지 소자`를 개발했다.

 값비싼 금 대신 알루미늄을 쓰면서도 안정성은 획기적으로 높일 수 있는 기술이다.

이 기술은 한국에너지 기술원( KIER)-유니스트(UNIST) 차세대전지 원천기술센터에서 김진영 교수와 김동석 한국에너지기술연구원(KIER) 박사가 공동으로 진행해 개발했다.

최근 활발히 연구되고 있는 페로브스 카이트 태양전지는 차세대 태양전지로 가장 주목받고 있다.

태양 빛을 전력으로 바꾸는 광전환 효율이 실리콘 태양전지에 버금가는 20% 이상으로 상용화 가능성을 보였기 때문이다.

하지만 아직 안정성이 낮고, 전극으로 금을 사용해 생산 비용이 비싸다는 점이 상업화에 걸림돌로 작용했다. 특히 페로브스카이트 물질은 공기 중 수분의 영향으로 쉽게 분해돼 안정성이 낮다는 문제가 있었다.

그러나 김진영 교수팀은 이 문제를 `불소 그래핀` 개발로 해결했다. 탄소(C) 원자로 이뤄진 그래핀에 불소(F) 원자를 도입해 물을 튕겨내는 소수성을 가진 물질을 개발해낸 것이다.

 연구팀은 전극 층과 페로브스카이트 층 사이에 불소 그래핀을 두는 구조로 페로브스카이트 태양전지 소자를 만들었다. 그 결과 두 가지 효과를 동시에 얻었다.

우선 불소 그래핀이 물 분자를 튕겨내 페로브스카이트 물질이 분해되는 현상을 막았다. 또 전극으로 금 대신 알루미늄을 써도 안정성이 떨어지지 않았다. 공기 중에서 산화되기 쉬운 알루미늄의 성질을 불소 그래핀이 보완해준 덕분이다.

김진영 교수는 "금 대신 알루미늄을 사용해 전극을 만들면 제조단가를 낮출 수 있을 것"이라며 "페로브스카이트 태양전지의 안정성을 극대화해 차세대 태양전지뿐 아니라 다양한 사물인터넷의 전원, 디스플레이 기기에 적용할 기반 기술이다"고 말했다.

김 교수는 또 "이번 연구는 높은 광전환효율에 비해 안정성이 낮은 페로브스카이트 태양전지의 단점을 극복하는 원천기술"이라며 "앞으로 페로브스카이트 태양전지가 상업화로 나아가는 데 핵심적인 기술로 자리매김 할 것"이라고 말했다.    허종학 기자