울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 권태혁 교수팀이 ‘납 없는 페로브스카이트’를 태양전지 재료로 활용할 수 있는 가능성을 제시했다고 4일 밝혔다.

권 교수팀에 따르면 차세대 태양전지 소재로 주목받는 ‘납 페로브스카이트’는 값싸고 광전효율도 높지만, 납 중독과 대기 중 불안정성으로 상용화가 어려웠다. 이에 납 없는 페로브스카이트가 대안으로 제시됐으나 효율이 낮아 활용하기가 어려운 상황이었다.

이에 따라 권 교수팀은 납(Pb) 대신 주석(Sn)을 쓰는 무납 페로브스카이트 물질을 유기염료 감응형 태양전지에서 전하를 전달하는 역할로 활용해 효율과 안정성을 높였다고 설명했다.

특히 권 교수팀은 연구를 통해 무납 페로브스카이트 물질에서 전하 전달이 ‘표면 상태’에서 이뤄진다는 점을 밝혀냈다. 연구진은 이를 바탕으로 무납 페로브스카이트 물질을 유기염료 감응형 태양전지의 전하 재생제로 활용해 하이브리드 태양전지를 제작했다.

유기염료 감응형 태양전지는 햇빛을 받아 산화된 유기염료가 전하를 받고 원래대로 되돌아가려는 과정에서 전류가 생성되는 원리다. 전하 재생제는 전하를 전달해 유기염료를 원래대로 재생시키는 물질이다. 연구진이 제작한 하이브리드 태양전지는 기존 전지보다 전하가 잘 전달돼 전류 발생이 80%가량 높아진 것으로 나타났다.

권 교수는 “납 없는 페로브스카이트가 나아갈 방향 중 하나로 유기염료 감응형 태양전지를 융합한 ‘하이브리드 태양전지’를 제시했다”며 “이번에 밝힌 전하 전달 메커니즘을 활용하면 무납 페로브스카이트를 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 광주과학기술원(GIST) 방윤수 교수팀도 공동으로 참여했고, 연구 결과는 재료 화학 분야의 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’ 11월 30일 자 온라인판에 게재됐다.

울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr