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페로브스카이트 태양전지용 전극, 수명 연장됐다

페로브스카이트 태양전지용 무(無) 전사 그래핀 전극 개발

페로브스카이트 태양전지용 전극, 수명 연장됐다
페로브스카이트 태양전지에 무 전사 그래핀과 전사된 그래핀의 특성평가 비교


[산업일보]
통상 그래핀은 원료를 고온(약 500 oC-900 oC)에서 가스 상태로 구리 같은 금속 박판 위에 흡착시키는 방식으로 만들어지는 데 흡착 후 박판을 제거하고 다른 기판으로 옮기는 전사공정이 필요하다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 윤순길 교수(충남대학교) 연구팀이 페로브스카이트 태양전지를 저온(100℃)에서 제작할 수 있는 무(無)전사 그래핀 전극을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 100℃ 이하에서 탄소를 타이타늄(10nm) 버퍼층에 흡착하는 방식으로 대면적(4인치 및 8인치 웨이퍼 스케일) 그래핀을 성장하는 다른 방식을 이용했다.

이 방식의 경우 타이타늄 버퍼층이 그래핀의 투명도나 전기적 특성에 영향을 미치지 않아 별도의 기판으로 옮기는 전사과정을 생략할 수 있어 물성 저하를 막을 수 있다. 실제 이렇게 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 전사공정을 통한 그래핀 태양전지 대비 효율이 14.2%, 투명도는 약 26%로 향상됐다.

500시간 사용시 전사 공정된 그래핀 태양전지는 초기 효율보다 약 20% 감소를 보였으나 무전사 그래핀 전극은 약 13%의 감소에 그쳤고 유연성 측면에서 1천 사이클에서 전사 공정된 그래핀 태양전지보다 7% 향상된 안정성을 보였다.

뿐만 아니라 연구팀은 그래핀을 페로브스카이트 박막으로 제조할 때 용액공정이 아닌 화학증착법을 이용해 약 100℃에서 제작함으로써 공정의 복잡함을 크게 해소했다.

기존 용액공정에서 합성이 진행될 경우 외부 노출시 수분에 민감하여 세심한 관리가 필요하며 장기 안정성 측면에서 취약하다. 때문에 태양전지로 제조할 경우 외부 공기를 차단한 글로브 박스에서 증착해 바로 소자를 제작해야 하는 어려움이 있었다.

연구팀은 무전사, 대면적 그래핀을 저온에서 성장한 경우에 페로브스카이트의 전극으로 사용이 가능하며 이들은 유연성 및 투명하고 매우 낮은 면저항(~ 80 Ohm/square)을 나타내어 다양한 전자소자에 활용이 가능하다고 언급했다.

덧붙여, 화학증착법으로 형성된 페로브스카이트 박막은 안정성 측면에서 매우 우수한 특성을 보여 증착공정이 확보돼 페로브스카이트 제조공정에 널리 활용될 수 있어, 개발한 소자 공정을 활용해 페로브스카이트 태양전지의 대체효과가 더욱 클 것으로 기대된다고 연구팀은 말했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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