□ 한국화학연구원(원장 이규호)과 경희대학교(총장 조인원)는 환경친화적이며 여러 분야에 응용이
가능한 페로브스카이트 태양전지의 가능성을 확인했다.
○ 본 소재는 기존 페로브스카이트 태양전지에 들어있는 납 성분의 일부를 구리 금속으로 치환한 새로운
소재다. 화학(연) 문상진 박사 팀과 경희대 임상혁 교수(화학공학과) 팀의 공동연구로 개발된 본
결과는 올해 국내 특허 등록과 미국 특허 출원을 완료하였으며, 국제 저널 ‘나노 에너지 (Nano
Energy)’ 9월호에 게재되었다.
* 영문 제명 : Highly efficient metal halide substituted CH3NH3I(PbI2)1？X(CuBr2)X planar perovskite solar
cells
○ 페로브스카이트* 태양전지는 저가의 화학물질을 저온-용액공정을 통해 저렴하고 간단하게 대량생산
할 수 있다는 장점이 있어, 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 소재로 주목받고 있다. 현재 최고 효율**로
22.1%를 기록하고 있다.
* 페로브스카이트(perovskite) : 부도체·반도체·부도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의
물질로 AMX3 화학식을 갖는 구조체(A, M은 양이온, X는 음이온, 러시아 과학자 페로브스키를 기념하여
명명함)
** 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적인 국가 연구 기관인 NREL (National
Renewable Energy Laboratory, 미국 재생에너지연구소)에서 세계 최고 효율로 공인
□ 그러나 전지의 핵심 광활성층* 소재(CH3NH3PbI3)에 중금속인 납(Pb)을 쓰고 있어 안전성 문제가 제기되고
있으며, 이에 따라 최근 페로브스카이트 소재의 납을 없애거나 다른 물질을 조합해 새로운 페로브
스카이트 소재를 개발하는 연구가 전세계적으로 진행되고 있다. 하지만 아직 연구 초기 단계에 있어
성과는 미미한 실정이다.
* 여러 층으로 이루어지는 태양전지 소자 구조에서 태양 빛을 직접 흡수하여 전기 (전자와 정공)를 만드는
중심 층
□ 본 연구팀은 페로브스카이트 소재에 납 단일 성분이 아닌 구리(Cu) 등 다른 금속을 조합함으로써 치밀
하고 큰 결정크기와 높은 전기전도도를 가진 신규 소재를 개발했다. 연구팀에 따르면, 소재의 내구성과
재현성도 우수한 것으로 밝혀졌다.
* 태양전지와 같은 신 재생에너지를 연구하는 미국의 대표적인 국가 연구 기관인 NREL (National Renewable
Energy Laboratory, 미국 재생에너지연구소)에서 세계 최고 효율로 공인
○ 또한 구리 도핑*에 의해 반도체의 특성을 조절할 수 있어, 향후 태양전지 뿐만 아니라 LED, 트랜지스터
등의 분야에도 널리 응용할 수 있는 가능성을 제시했다.
* 실리콘과 같은 단일 성분 반도체나 화합물 반도체에 제3의 원소를 첨가하여 반도체의 특성을 변화시키는
작업
(반도체는 전자와 정공의 활성도와 움직임 정도에 따라 N형 반도체, P형 반도체로 나뉜다. 기존 페로브
스카이트 소재는 전자와 정공이 자유롭게 이동하는 n형과 p형 반도체 특성을 가지고 있어 응용에 제한적이
었지만, 본 소재는 정공의 움직임이 많은 p형 반도체의 특성을 자유롭게 조절할 수 있어, 태양전지 외에도
p형 반도체의 조절이 필요한 다른 산업 분야에도 쓰일 수 있다.)
○ 화학(연) 문상진 연구책임자는 “본 소재는 납 대신 구리를 부분 조합하고도 우수한 성능을 보유하여, 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.
○ 한편, 본 연구는 미래창조과학부의 재원으로, 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업 (2015M1A2A2055631),
미래기반기술개발사업(2013K000192) 등의 지원을 통해 수행되었다.