순천향대학교 에너지시스템학과 조남철 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 소재의 열에 의한 구조적 변형 문제를 해결할 수 있는 연구결과를 발표했다.

페로브스카이트 태양전지 재료는 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 반도체 재료로 주목받고 있다. 하지만, 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위해서는 열안정성이 필수적으로 확보되어야 한다.

페로브스카이트 결정구조는 온도변화에 민감하게 반응하여 구조적 변형을 일으키고, 이것은 태양전지의 열안정성을 감소시킨다.

조남철 교수(순천향대)와 이광재 박사(스탠포드대), 오스만 바커 교수(KAUST) 연구팀은 온도변화에 따른 페로브스카이트의 결정구조 분석을 통하여 결정립계 변화에 따른 잔류응력을 관찰했고, 이러한 잔류응력의 차이가 온도변화에 따른 발광(photoluminescence) 특성에 밀접한 상관관계가 있음을 확인했다.

제1저자인 이광재 박사(스탠포드대학교)는 “이 연구 결과에서 그동안 불규칙적으로 여겨졌던 페로브스카이트의 온도변화에 따른 광학적 특성과 결정구조 변형에 대한 연관성이 명확히 규명되었다”며 “또한, 태양전지의 안정성에 중요한 영향을 미칠 수 있는 결정구조의 안정성에 있어서 결정립계 크기가 중요한 성능지표임을 확인했다”고 말했다.

연구결과는 최근 ‘Domain‐Size‐Dependent Residual Stress Governs the Phase‐Transition and Photoluminescence Behavior of Methylammonium Lead Iodide’라는 제목으로 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF: 18.808)에 게재됐다.

교신저자인 조남철 교수는 “지금까지 페로브스카이트의 온도변화에 따른 결정구조와 광학특성 변화의 기전을 찾기 위해 다양한 연구가 진행됐으나, 결정립계 크기에 따른 잔류응력 차이가 페로브스카이트의 재료 특성 변화에 영향을 줄 수 있음을 확인한 연구 결과는 처음”이라며 “이 연구결과는 향후 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위해 선결되어야 할 열안전성 문제 해결을 위한 중요한 기초 연구”라고 말했다.

한편, 본 연구는 순천향대학교 신진연구자지원사업과 King Abdullah University of Science and Technology(KAUST)의 지원을 받아 수행됐다.