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NEW 권오필 교수 공동 연구팀, 차세대 태양전지 효율·안정성 높일 新 접착층 기술 개발
- 2025-05-13
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아주대 권오필 교수 공동 연구팀이 태양전지(PSCs)의 장기 안정성과 광전 변환 효율을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 접착층 기술을 개발했다.
이번 연구 성과는 ‘전자 결핍 분자간 접착제: 효율적이고 안정적인 페로브스카이트 태양전지를 위한 새로운 종류의 다기능 중간층(Electron-deficient intermolecular adhesives: a new class of multifunctional interlayers for efficient and stable perovskite solar cells)’이라는 제목의 논문으로 국제 학술지 <저널 오브 에너지 케미스트리(Journal of Energy Chemistry)> 온라인판에 4월 게재됐다. 이번 성과는 부산대 나노에너지공학과 서지연 교수, 경상국립대 김윤희 교수와의 공동 연구 결과다.
페로브스카이트 태양전지(Perovskite solar cells, PSCs)는 반투명 박막형 태양전지로, 높은 광전 변환 효율과 유연한 박막 특성으로 최근 차세대 태양전지로 주목받고 있다.
기존의 역구조 태양전지(PSCs)에서 전자 수송층으로 널리 활용되는 풀러렌(Fullerene, C60)은 반데르발스(Van der waals) 상호작용으로 페로브스카이트 박막과의 결합력이 감소했다. 이로 인해 태양전지(PSCs)의 효율이 저하되고 장기 안정성이 낮아지며, 외부 스트레스로 이러한 문제가 더욱 심화된다는 점이 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다.
공동 연구팀은 전자결핍성 분자접착제(Electron-deficient intermolecular adhesives, EDIAs)를 광활성층 페로브스카이트 박막과 전자수송층 풀러렌(Fullerene, C60) 박막의 계면(界面)에 적용해 이러한 문제를 효과적으로 개선했다.
연구팀은 전자결핍성 분자접착제 물질을 태양전지(PSCs)에 도입하고 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)과 자외선 광전자 분광법(Ultraviolet photoelectron spectroscopy, UPS)을 포함한 심층 분석을 진행해 전자결핍성 분자접착제 물질이 태양전지의 장기 안정성과 광전 변환 효율을 향상시키는 메커니즘을 규명했다. 더불어 외부의 기계적 스트레스가 작용하는 조건에서도, 균열 발생을 현저히 감소시켜 소자의 안정적인 작동에 기여할 수 있음을 밝혔다.
이번 연구는 산업통상자원부와 한국기술진흥원의 국제협력연구개발 프로그램 한-스위스 국제공동기술개발사업과 과학기술정보통신부와 교육부가 지원하는 한국연구재단의 기초과학연구 프로그램 및 램프사업의 지원을 받아 수행됐다.
* 위 사진 - 전자결핍성 분자접착제(Electron-deficient intermolecular adhesives, EDIAs) 물질 적용 및 결과를 보여주는 이미지. a,b) 박막 계면의 EDIAs 물질 작용 원리와 분자 간 결합에 대한 DFT 계산 결과 c,d) 향상된 원자 및 분자 간 결합력을 실험적으로 분석한 XPS 측정 결과 e) EDIAs 물질 적용에 따른 C60박막의 band gap과 Fermi-level의 변화 f) EDIAs 물질 적용에 따라 향상된 태양전지 소자의 장기 안정성 측정 결과 g) EDIAs 물질 적용에 따라 향상된 태양전지 소자의 성능 측정 결과