전북대학교 사디아 아민 연구교수(공대 화학공학부·지도교수 신형식)가 차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지의 효율을 높이고, 가격까지 혁신적으로 낮출 수 있는 홀전도체 물질을 개발해 세계 학계에서 주목을 받고 있다.

이 연구 결과는 세계적 저명 학술지인 『나노 에너지(Nano Energy, impact factor=12.343)』 온라인 판에 ‘Stable perovskite solar cells using thiazolo [5,4-d]thiazole-core containing hole transporting material’이라는 제목의 논문으로 게재됐다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 다결정 실리콘 태양전지에 비해 발전효율이 높으며, 제조 가격은 매우 낮기 때문에 전 세계적으로 실용화를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

높은 발전 효율의 주된 이유로 높은 광 흡수율, 큰 전하 확산계수, 우수한 전하이동 등에 기인한다.

이 중 현재 우수한 전하이동을 위해서 가장 많이 사용되고 있는 홀전도체는 ‘Spiro-OMeTAD’이라는 물질로 이 소재는 다단계 합성 및 복잡한 정제과정에 수반돼 높은 비용이 소요됐다.

이 때문에 상업적으로 적합하지 않다는 치명적 단점을 갖고 있음에도 효율이 높아 그간 사용할 수밖에 없었다.

하지만 아민 사디아 교수의 연구를 통해 개발된 전도성 저분자 홀전도체 물질은 제조가 쉽고, 저비용이면서도 기존 ‘Spiro-OMeTAD’ 소재와 비슷한 효율(16.4%)을 얻었다.

특히 기존 물질의 단점으로 지적된 전극의 안정성까지 개선하는 것으로 실험 결과 나왔다.

이는 저분자 물질합성에서 furan 스페이서 작용기를 첨부해 홀이동도를 높이고 최고 점유 분자궤도함수(HOMO)와 최저 비점유 분자궤도함수(LUMO) 조절로 띠 간격을 변경한 새로운 홀전도체 소재를 개발했기 때문이다.

본 논문의 제1저자로 연구를 주도한 아민 사디아 교수는 최근 5년간 39편의 국제논문과 7권의 국제저술을 하는 등 다양한 연구 성과를 보이고 있다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 중견연구자지원사업과 기본연구지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

/정병창기자 woojuchang@