고려대학교 건축사회환경공학부 노준홍 교수 연구팀의 페로브스카이트 내부 구조를 바꾸는 양이온 상호작용 관련 연구 논문 이미지. 사진=고려대학교

고려대학교(총장 김동원)는 건축사회환경공학부 노준홍 교수 연구팀이 차세대 태양전지 핵심 소재 ‘페로브스카이트’ 내부 구조를 바꾸는 새로운 양이온 상호작용을 발견했다고 6일 밝혔다. 이를 통해 태양전지 효율을 26.25%까지 끌어올렸다고 설명했다.

페로브스카이트는 습기와 열에 취약해 첨가제 투입이나 표면 화학 처리 방식이 활용됐다. 다만 이 과정에서 여러 상호작용이 동시에 발생할 수 있어 어떤 작용이 핵심 역할을 하는지 분석하기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 페로브스카이트 2차원과 3차원 박막을 각각 제작한 뒤 맞닿게 하는 실험을 진행했다. 그 결과 영구적인 화학반응이나 접합 형성 없이 두 층의 접촉만으로 양이온 상호작용이 발생하고 분리 시 원상태로 돌아가는 가역적 변화를 확인했다.

이 같은 ‘접촉 유도 양이온 상호작용’은 표면에서 시작된 계면 상호작용이 물질 내부 구조까지 바꿀 수 있음을 보여줬다. 이 과정으로 구조가 정제된 페로브스카이트를 태양전지에 적용한 결과, 광전변환효율(빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 효율 지표)이 최고 26.25%를 기록했다. 2000시간 구동 후에도 초기 효율의 95.2%를 유지했다.

노준홍 고려대 건축사회환경공학부 교수는 “이번 연구로 페로브스카이트가 접촉만으로 새로운 계면 상호작용을 유도해 구조 재편이 가능하다는 점을 확인했다”며 “차세대 결정성 소재의 계면 설계에도 새로운 방향을 제시할 것”이라고 말했다.

<문화경제 한시영 기자>