A domestic research team developed a bending organic metal ‘perovskite’ solar cell. This technology is forecast to accelerate high-efficiency and bendable solar cell commercialization.
The research team led by Professor Lee Tae-wu from Dept. of New Materials Engineering at the POSTECH, PhD candidate Lim Gyeong-geun and Professor Kim Jin-yeong at Ulsan National Institute of Science and Technology developed organic metal ‘halite perovskite’ solar cell with high efficiency using a new polymer auxiliary layer. The research outcome was published in Advanced Materials, a prestigious journal for materials engineering field.
Perovskite is a metal of a unique structure that produces not only nonconductor, semiconductor and conductor properties, but also superconductivity. Organic metal halite perovskite, a material of perovskite crystal structure, is drawing attention as it reduces the cost and enables mass-production of solar cells. Perovskite solar cell, especially, has been significantly improved of photo-conversion efficiency. Therefore, it was selected as one of the ‘top 10 innovative technologies of scientific circles in 2013’ through ‘Science,’ a scientific journal.
Using polymer materials, Professor Lee Tae-wu’s team developed a customized flexible perovskite polymer auxiliary layer that does not require high-temperature processing, and thus increased the solar cell efficiency.
The existing technique required high-temperature processing to process metal oxides into an auxiliary layer under a high temperature and it was difficult to produce bending devices. To supplement the weaknesses, a method using polymer auxiliary layer was suggested. However, it also had a weakness of low photoelectric conversion efficiency.
Professor Lee’s team applied ‘self-organized hole extraction layer (SOHEL) to the active layer of perovskite solar cell using self-organized conductive polymer compound. Hole extraction layer has a characteristic to control polymer composition on the surface of thin film by itself, and thus eliminates the loss of power generated after the solar cell absorbs light. In particular, SOHEL developed through this study can be used regardless of the types of perovskite materials. This can be applied to various materials to be extensively studied in the future.
The research team succeeded in increasing efficiency from 8% to 11.7% using this technology and also verified that the technology can be applied to bendable plastic substrates.
“This has opened up a possibility to use solar cell as a power source for portable electronic devices, such as mobile phones and tablet PCs,” said Professor Lee Tae-wu. “In the perovskite solar cell field, which is being studied competitively, Korea will be able to lead the global academic circles.”
Jeong Jae-hoon | jhoon@etnews.com
이태우 포스텍 교수팀, 페로브스카이트 태양전지 개발
<이태우 포스텍 교수는 휘어지고 접히는 태양전지 상용화를 크게 앞당길 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 사진은 유기금속 ‘할라이드 페로브스카이트’ 태양전지 소자 사진.>
국내 연구팀이 휘어지는 유기금속 ‘페로브스카이트(perovskite)’ 태양전지를 개발했다. 효율이 높으면서 휘어지고 접히는 태양전지 상용화를 크게 앞당길 수 있을 전망이다.
이태우 포스텍 신소재공학과 교수와 임경근 박사과정, 김진영 울산과기대 교수팀은 최근 새로운 고분자 보조층을 이용해 높은 효율을 낼 수 있는 유기금속 ‘할라이드 페로브스카이트’ 태양전지를 개발했다. 이번 연구결과는 재료공학 권위지인 ‘어드밴스트 머터리얼스(Advanced Materials)’지에 발표됐다.
페로브스카이트는 부도체와 반도체, 도체의 성질은 물론, 초전도 현상까지 보이는 특이한 구조의 금속물이다. 페로브스카이트 결정구조 물질인 유기금속 할라이드 페로브스카이트는 태양전지의 비용을 낮추고 대량 생산이 가능해 주목받고 있다. 이 태양전지는 특히 광전변환효율이 비약적으로 높아 과학분야 전문지인 ‘사이언스(Science)’를 통해 ‘2013년 과학계 10대 혁신기술’로 선정되기도 했다.
이태우 교수팀은 고온공정이 필요 없는 유연한 고분자 재료로 페로브스카이트 맞춤형 고분자 보조층을 개발, 기존의 방식에 비해 페로브스카이트 태양전지의 효율을 증가시켰다.
기존 방법은 금속산화물을 보조층으로 사용해 고온을 이용한 공정이 필요하고 휘어지는 소자를 제작학가 어려웠다. 이를 보완하기 위해 고분자 보조층을 이용하는 방법도 제시되기도 했지만 광전변환효율이 낮다는 단점을 있었다.
이 교수 연구팀은 자가조립이 되는 전도성고분자 조성물을 이용해 ‘자가조성 정공추출층’을 페로브스카이트 태양전지의 활성층에 적용했다. 이 정공추출층은 박막 표면의 고분자 조성을 스스로 조절할 수 있는 특성을 가지고 있어 태양전지가 빛을 흡수한 뒤 생산하는 전력의 손실을 없앴다. 특히 이번에 개발된 자가조성 정공추출층은 페로브스카이트 재료의 종류에 상관없이 적용할 수 있어 향후 광범위하게 연구될 여러 재료에도 적용이 가능하다.
연구팀은 이 기술을 이용, 기존 8%에 그쳤던 효율을 11.7%로 끌어올리는 데 성공했으며, 휘어지는 플라스틱 기판에도 적용할 수 있다는 사실을 확인했다.
이태우 교수는 “휴대폰이나 태블릿 등 휴대용 전자기기의 전원으로 태양전지를 활용할 수 있는 가능성을 열었다”며 “경쟁적으로 연구되고 있는 페로브스카이트 태양전지 분야에서 우리나라가 세계 학계를 주도할 수 있을 것”으로 기대했다.
정재훈기자 | jhoon@etnews.com
