국내 연구진이 별도의 화학 첨가제 없이 결정구조를 조절해 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 높이는 기술을 개발했다.
박남규 성균관대 화학공학부 종신석좌교수 연구진은 분자를 구성하는 원자 하나를 바꿔 전자와 정공의 이동을 선택적으로 제어하는 계면 설계법을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 3일(현지 시각) 게재됐다.
페로브스카이트 태양전지는 빛을 받으면 전자와 정공을 생성하며, 두 전하가 서로 다른 방향으로 원활하게 이동해야 높은 효율을 낼 수 있다. 기존에는 전하 이동을 돕기 위해 화학 첨가제를 넣는 도핑 방식이 주로 쓰였지만, 첨가제가 이동하거나 반응하면서 장기 안정성을 떨어뜨릴 수 있다는 한계가 있었다.
연구진은 원자 하나만 다른 두 유기 양이온 분자를 설계했다. 원자 차이에 따라 결정 연결구조가 달라졌고, 황 기반 구조는 정공 이동에, 질소 기반 구조는 전자 이동에 유리한 특성을 보였다.
이를 태양전지 양쪽 계면에 각각 적용한 결과 공인 광전변환효율 27.19%를 기록했다. 655㎠ 대면적 모듈에서는 22.26%의 효율을 보였으며, 2000시간 동안 연속으로 빛을 조사한 뒤에도 초기 성능의 97.8%를 유지했다.
박남규 교수는 "이번 연구는 화학적 도핑 없이 결정 연결구조만으로 전하 이동을 제어할 수 있음을 보여준 결과"라며 "향후 고효율 및 고안정성 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
참고 자료
Nature Materials(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-026-02722-3