– 화학공학과 박태호 교수팀, 페로브스카이트 태양전지 친환경 제조공정 개발

포스텍(총장 김도연) 화학공학과 박태호 교수팀이 호두향이 나는 친환경 식품첨가제를 활용해 태양 전지를 만들어내는데 성공했다. 박태호 교수(왼쪽)는 화학공학과 통합과정 이준우씨(오른쪽), 박사 후 연구원 마디 말레사히 바이라반드(Mahdi Malekshahi Byranvand)씨와 함께 친환경 공정으로 안정적이고 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지의 정공전달물질을 개발하는데 성공했다.

포스텍(총장 김도연) 화학공학과 박태호 교수팀이
호두향이 나는 친환경 식품첨가제를 활용해 태양 전지를 만들어내는데 성공했다.

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박태호 교수(왼쪽)는 화학공학과 통합과정 이준우씨(오른쪽), 박사 후 연구원
마디 말레사히 바이라반드(Mahdi Malekshahi Byranvand)씨와 함께 친환경 공정으로
안정적이고 효율이 높은 페로브스카이트 태양전지의 정공전달물질을 개발하는데 성공했다.
기존에는 클로로벤젠이라는 독성 물질을 사용하였는데, 이를 친환경 물질로 대체해
실험자의 건강에도 큰 도움이 될 전망이다.

페로브스카이트는 빛을 잘 흡수해 전하를 만들어 내는 물질이다. 페로브스카이트
태양전지는 햇빛을 받으면 전자와 정공을 형성하는데, 정공을 전극에 빨리 전달하려면
정공 전달층이 필요하다.

프린트나 코팅 등 이후 공정을 위해서는 먼저 정공 전달층에 쓰이는 유기재료를
녹여 액체로 만드는 것부터 시작해야 하는데, 친환경 물질에는 잘 녹지 않아서 그동안
클로로벤젠이라는 독성 물질을 사용해왔다. 이는 실험자의 건강에 좋지 않았고, 이
기술로 제품을 대량 생산할 경우 노동자의 건강에도 악영향을 미칠 수밖에 없었다.

연구팀은 정공 전달 물질에 비대칭 구조를 도입해 호두향이 나는 친환경 식품첨가제(2-methylanisole)에
대한 용해도를 높였고, 이를 활용한 친환경 공정으로 페로브스카이트 태양전지를
만들어내는데 성공했다.

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비대칭 정공전달물질이 호두향이 나는 식품첨가제에 녹아 태양전지에 코팅되는 모습.

페로브스카이트는 실리콘과 달리 얇고 저렴한 공정으로 만들 수 있기 때문에 다양한
곳에 활용할 수 있어 미래 태양전지 기술로 각광받고 있다. 더 효율적이고 더 안정적인
페로브스카이트 개발에 전 세계의 많은 연구가 경쟁적으로 이어지고 있는 상황에서
포스텍 연구팀은 효율성과 안정성까지 높인 친환경 공정을 개발했다.

연구팀은 페로브스카이트의 효율성을 높이고자 정공 전달층의 모양에 주목했다.
전하를 빨리 이동시키기 위해 기존에는 첨가제를 사용해 효율을 높였다. 첨가제를
넣으면 일시적으로는 효율이 높아지지만 시간이 지나면서 효율이 떨어져 전체적으로
안정성이 떨어지는 단점이 있었다. 연구팀은 단분자를 연결 시켜 긴 사슬로 만들어
첨가제를 넣지 않고도 고분자 효율을 18.3% 높였고 시간이 지나도 효율감소가 적어
안정성까지 확보했다. 이는 지금까지 보고된 고분자 정공 전달 물질 중 최고 효율이다.

이번 연구를 이끈 포스텍 화학공학과 이준우씨는 “광전기적 특성의 변화
없이 용해도를 대폭 높였다. 새롭게 설계한 정공전달물질로 효율도 높인 만큼 전도성
고분자 산업에 큰 영향을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 한국연구재단의 기초연구사업, 미래창조과학부의 글로벌 프런티어 사업 ‘나노기반소프트일렉트로닉스
연구단’의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 화학분야 권위지인 미국화학회 저널(Journal
of the American Chemical Society) 온라인판에 실렸다.

최혜영 커뮤니케이터