민한울 교수팀, 고성능 태양전지 제작을 위한 페로브스카이트 표면결함 및 잔류인장을 동시에 제거하는 기술 개발

페로브스카이트 표면결함과 잔여인장을 동시에 제거하는 Trimming 기술 개발

민한울 교수팀, Energy & Environmental Science 논문 발표

광전자소자를 혁신할 수 있는 공정기술 개발 및 태양전지 소자 제작


(좌측부터) 김찬혁 석박통합과정(제1저자, 고려대학교), 김기훈 석사과정(공동저자, 고려대학교), 김영민 석박통합과정(공동저자, 고려대학교), 
오 니콜라이 박사후연구원(공동저자, 고려대학교), 전남중 박사(교신저자, 한국화학연구원), 강봉주 박사(교신저자, 한국화학연구원), 민한울 교수(교신저자, 고려대학교)
 

■  고려대학교(총장 김동원) 민한울 교수팀(공과대학 융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원)은 강봉주박사팀(한국화학연구원)과 함께 태양전지의 효율을 극대화할 수 있는 새로운 표면 공정 기술을 개발하여 고성능 페로브스카이트 태양전지를 구현하였다.
 

■ 이번 연구 결과는 한국시간 9월 5일 세계적 학술지 Energy & Environmental Science (Impact Factor: 32.4)에 출판되었다. 
 

 - 논문명: Trimming defective perovskite layer surfaces for high-performance solar cells

 - 논문 게재지 : Energy & Environmental Science

 - (2024년 9월 5일 online published, https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2024/ee/d4ee03585b)

■고려대학교 민한울 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 성능을 저해하는 주요 원인인 상부 표면 결함과 잔여인장을 선택적으로 제거하는 혁신적 기술을 개발하여, 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 가능성을 입증하였다.

■페로브스카이트 박막의 상부 표면은 벌크에 비해 잔여인장과 결함 밀도가 훨씬 높아, 비방사성 재결합이 발생하면서 광전 소자의 성능에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 용매와 반용매 혼합물을 사용하여 결함이 집중된 상부 50nm의 페로브스카이트 층을 제거하는 방식을 제안했다. 용매 대 반용매 비율을 정밀하게 조절하여, 표면 형태와 광 흡수 특성을 유지하면서도 결함층을 효과적으로 제거할 수 있었다.

■이 공정기술을 통해 제조된 페로브스카이트 태양전지는 감소된 잔여 인장과 향상된 캐리어 수명, 그리고 결함 농도 감소를 보여주었다. 결과적으로, 이와 같은 상부 결함층 제거를 거친 페로브스카이트 태양전지는 26.25%의 전력 변환 효율을 기록하였으며, 인증된 효율은 25.5%에 달해 기존 기술을 뛰어넘는 성과를 달성하였다

■특히, 연구팀은 기존 기술로는 이론상 최대 효율을 얻기 어려웠던 페로브스카이트 태양전지의 상부 표면 결함을 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 제시함으로써, 태양전지의 효율 한계를 극복할 수 있는 새로운 돌파구를 제공했다. 이 기술은 차세대 고효율 태양전지 개발뿐만 아니라, 다양한 광전 소자 및 반도체 응용 분야에도 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

[그림설명] Trimming 공정기술의 개략도 

[그림설명] 용매와 반용매의 비율에 따른 페로브스카이트 두께 분석, 잔여 인장의 변화, 그리고 표면 결함의 변화



[그림설명] 태양전지의 성능 및 한국에너지기술 연구원 효율 인증서