신개념 태양전지 개발- 이황화몰리브덴 활용한 페로브스카이트 태양전지

[석수]

박혜성 고려대 교수팀, 신개념 태양전지 개발


2024.10.25


페로브스카이트(perovskite)는 티탄산 칼슘(CaTiO3)으로 이루어진 칼슘 타이타늄 산화광물이다.

이것의 이름을 빌려서 CaTiO3 (XIIA2+VIB4+X2−3)와 같은 형식의 결정 구조로 이루어진 것을 페로브스카이트 구조로 분류한다.

여러 다른 양이온이 이 구조에 들어갈 수 있어서 다양한 재료 공학 물질로의 개발이 가능하다.

- 이황화몰리브덴 활용한 페로브스카이트 태양전지


메조다공성(Mesoporous) 구조의 이황화몰리브덴(MoS2)을 활용, 신개념 페로브스카이트 태양전지를 개발했다.

연구팀은 기존 이산화티타늄을 대체할 전자 수송층 소재로 메조다공성(기공이 미세다공성 물질보다는 크고 매크로다공성 물질보다는 작은 구조) 구조의 이황화몰리브덴을 활용했다.

이황화몰리브덴은 기존 이산화티타늄보다 비교적 저온(100 °C)에서 공정이 가능하다.


또한 페로브스카이트 구조와 유사성을 갖고 있어 페로브스카이트 결정 성장과 전지의 장기 안전성 향상에 기여한다.

이번 연구를 통해 개발된 메조다공성 구조의 이황화몰리브덴 페로브스카이트 태양전지는 소면적 소자(0.08cm²)에서 25.7%의 전력 변환 효율(인증 효율: 25.4%)을 보였다.


아울러 2000시간 이상의 광조사 하에서도 초기 성능의 90%를 유지하는 등 성능·안정성 측면에서 기존 대비 우수한 성능도 입증했다.



박혜성 교수는 “이번 연구는 메조다공성 이황화몰리브덴을 페로브스카이트 태양전지의 전자 수송층으로 적용함으로써 태양전지의 효율과 안정성을 크게 높인 사례”라며 “기존 전자 수송층의 한계를 극복할 수 있는 중요한 돌파구를 제공할 것”이라고 기대했다