▲ 도펀트(첨가제) 함량 변화에 따른 페로브스카이트 태양전지 광전변환효율 비교 결과(그림=UNIST)  © 특허뉴스

UNIST 탄소중립대학원 김동석 교수팀은 경상국립대학교 이태경 교수팀, 스위스 로잔공대 마이클 그라첼 교수팀과의 공동 연구로 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 전지의 열 내구성을 획기적으로 개선했다고 밝혔다. 이번 연구는 기존 효율을 유지하면서도 85℃ 이상의 고온에서도 안정적인 성능을 보장하는 첨가제 비율 최적화 기술을 개발한 것으로, 26.18%의 세계 최고 수준 광전변환효율과 고온 내구성을 동시에 확보해 태양광 시장의 판도를 뒤흔들 전망이다.

페로브스카이트 태양전지는 유연하고 저렴한 특성으로 주목받아왔지만, 열에 취약해 상용화에 난관이 있었다. 이에 UNIST 연구팀은 과량 사용되던 첨가제인 4-tert-부틸피리딘(tBP)의 비율을 20배 이상 줄여 고온에서의 안정성을 획기적으로 향상시켰다. 연구팀은 또 다른 첨가제 리튬비스마이드(LiTFSI)와의 복합체를 통해 전도성을 유지하면서도 유리전이 온도를 기존 77℃에서 105℃로 상승시키는 데 성공했다.

이로 인해, 개발된 페로브스카이트 전지는 85℃의 고온에서 1,000시간 동안 안정성을 유지하며 뛰어난 내구성을 입증했다. 

제1저자인 신윤섭 UNIST 박사는 “이 연구는 첨가제 간 비율 최적화만을 통해 고효율과 고온 안정성을 잡은 혁신적인 연구 성과라는 데 큰 의미가 있다고 전했다. 

김동석 교수는 "이번 연구는 상용화의 마지막 퍼즐을 맞춘 것"이라며, "장기적인 내구성 및 고온 내성을 확보한 기술로 태양광 발전의 미래를 밝힐 것"이라고 전했다.

이번 성과는 국제 학술지 ‘Joule’에 게재되며 글로벌 연구 커뮤니티에서 주목받고 있으며, UNIST 신윤섭 박사와 송지원 연구원, 경상국립대학교 이동규 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

논문명은 De-doping engineering for efficient and heat-stable perovskite solar cells 이다.