한국화학연구원은 그린화학소재연구본부 문상진 박사팀과 경희대 화학공학과 임상혁 교수 공동연구팀이 페로브스카이트 태양전지의 납 성분을 구리 금속으로 치환한 새로운 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지는 저가의 화학물질을 저온-용액공정을 통해 저렴하고 간단하게 대량생산할 수 있다는 장점이 있다. 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 소재로 주목받고 있다.

하지만 페로브스카이트 태양전지는 전지의 핵심 광활성층 소재에 중금속인 납을 쓰고 있어 안전성 문제가 제기되고 있다. 이에 따라 최근 페로브스카이트 소재의 납을 없애거나 다른 물질을 조합해 새로운 소재를 개발하는 연구가 전세계적으로 진행되고 있지만 아직 연구 초기 단계에 있어 성과는 미미한 실정이다.


연구팀은 페로브스카이트 소재에 납 단일 성분이 아닌 구리 등 다른 금속을 조합함으로써 치밀하고 큰 결정크기와 높은 전기전도도를 가진 신규 소재를 개발했다. 연구팀에 따르면 소재의 내구성과 재현성도 우수한 것으로 밝혀졌다.

또한 구리 도핑에 의해 반도체의 특성을 조절할 수 있어, 향후 태양전지 뿐만 아니라 LED, 트랜지스터 등의 분야에도 널리 응용할 수 있는 가능성을 제시했다.

문상진 박사는 “이 소재는 납 대신 구리를 부분 조합하고도 우수한 성능을 보유, 납이 완전히 제거된 페로브스카이트 소재가 개발되기 전까지 핵심 원천소재 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다” 고 밝혔다.

연구팀은 향후 납이 완전히 제거된 새로운 페로브스카이트 소재 개발과 내구성 등 수명을 높이기 위한 소재 및 소자 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다.

이번 연구성과는 국제 저널 ‘나노 에너지’ 9월호에 게재됐다.

대덕=구본혁기자 nbgkoo@sedaily.com