대구경북과학기술원(DGIST)이 신개념 페로브스카이트 양자점 태양전기 개발에 성공했다. 이에 건물일체형 태양광 발전과 와이파이보다 100배 가량 빠른 라이파이 등 광기술 개발 및 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

DGIST는 14일 에너지융합연구부 김영훈 박사 연구팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능과 안정성을 높인 기술을 개발했다고 밝혔다.

페로브스카이트 양자점 태양전지는 빛을 전기에너지로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 동시에 가지고 있어, 양자점 태양전지 분야에서 가장 높은 효율을 가진 것으로 알려져있다.

우수한 페로브스카이트 양자점을 합성하기 위해서는 긴 탄화수소 체인을 가진 유기 리간드가 이용된다. 리간드는 10나노미터(㎚) 정도의 작은 페로브스카이트 양자점들 표면에 흡착해 다양한 무극성 용매에 분산이 될 수 있게 한다.

이러한 양자점을 기판 위에 잘 배열시킴으로써 양자점 태양전지가 만들어진다. 이 때 양자점 표면에 흡착된 긴 체인의 리간드는 양자점 간의 전하이동을 어렵게 해 태양전지 성능을 저하시키기 때문에 짧은 탄화수소 체인을 가진 리간드로 치환시키는 과정을 거쳐야 한다.

연구팀은 다양한 실험을 통해 벤젠 그룹 기반의 ‘페네실라모늄(Phenethylammonium, PEA)’리간드가 가진 물 분자와 잘 결합하지 않는 소수성에 주목했고, 이를 페로브스카이트 양자점 표면에 안정적으로 흡착시키는데 성공했다. 이를 통해 광전변환효율을 14.1%까지 향상시켰고, 약 15일 간 실제 외부환경과 같은 조건인 상대습도 20~25%에서 90% 이상 높은 광전변환효율을 유지하는 안정성을 추가 확인했다.

김 박사는 “짧은 탄화수소 체인을 가지면서 소수성을 갖는 리간드를 도입해 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있음을 최초로 규명했다”며 “차세대 양자점 태양전지 개발 및 실용화를 위한 새로운 패러다임을 제공할 수 있을 것이다”고 밝혔다.