황철석으로 차세대 태양전지 비전 제시
고민재 KIST 박사팀, 고성능 친환경 태양전지 구현
(16,08,24)
 | ||
| ▲ 고민재 한국과학기술연구원 박사. | ||
[투데이에너지 송명규 기자] 가격과 내구도 등의 문제로 인해 상용화가 지연되고 있는 태양전지분야의 고민을 해결할 수 있는 원천물질을 국내 연구진이 발견했다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전하이브리드연구센터 고민재 박사팀은 기존의 태양전지 구동에 필요한 핵심부분 중 하나인 정공수송층으로 널리 이용되던 유기물질(spiro-OMeTAD)을 지구상에 풍부한 무기물질인 황철석 나노입자로 대체하고 이를 사용해 친환경적인 고성능·고안정성 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
현재 상용화된 태양전지는 실리콘을 사용한 태양전지이나 고민재 박사팀이 개발한 태양전지는 유무기 복합 페로브스카이트 태양전지로 최근 몇 년 사이에 전세계적으로 많은 연구가 이뤄지고 있어 기존 태양전지의 유력한 경쟁 후보로 부상하고 있다.
그러나 태양전지 제작에 사용되는 정공수송체의 가격과 수분에 취약한 단점으로 인해 상용화에 많은 어려움이 있었다. 이번 연구 결과는 바로 이러한 부분을 보완하는 획기적인 연구로 기대를 모으고 있다.
태양전지는 빛에너지를 흡수해 광전자층의 전하와 정공을 분리시키는데 이 때 발생한 정공을 전극쪽으로 원활하게 이동시키기 위한 정공수송층이라는 부분이 있다. 광전자층으로 사용되는 페로브스카이트 물질 자체는 상대적으로 저렴하나 보편적으로 제작되는 페로브스카이트 태양 전지의 정공수송체에 사용되는 유기물질(spiro-OMeTAD)은 합성과 정제가 어려워서 백금이나 금 같은 귀금속의 10배 이상 가격이 비싼 상황이다.
가격이 비싼 정공 수송체를 상대적으로 가격이 저렴한 무기물질을 대체하는 연구도 진행됐으나 광흡수층인 페로브스카이트 물질과 무기 정공수송체간의 계면에서 화학반응이 일어나 전지가 손상돼 장시간 작동이 불가능했다.
또한 유무기 복합 페로브스카이트는 물에 취약해 대기 중에 존재하는 수분에도 쉽게 손상되므로 성능이 지속적으로 유지되지 않는 문제가 있었다. 최근 이를 극복하기 위해 표면 처리나 다양한 물질들을 삽입해 수분에 대한 안정성을 확보하려는 시도가 있었으나 그 성능과 안정성에서 굉장히 제한적인 상황이었다.
반면 연구팀이 제시한 신규 무기물질은 지구상에 풍부하기 때문에 저렴하며 표면성질을 개질해 페로브스카이트 물질과 화학적 반응이 일어나지 않아 화학적 안정성 및 소수성(수분으로부터의 안정성)을 확보했다.
바로 이 신규 무기물질이 고전도성, 소수성을 띄는 황철석 나노입자다. 고민재 박사 연구팀은 기존의 전도성 유기물질을 대체하기 위해 황철석에 주목해 개발한 나노입자를 정공수송층으로 사용했다.
황철석은 지구상에 풍부해 채굴 중 많이 발견되며 노란 광택 때문에 금으로 착각되기도 한다. 서양에서는 소위 ‘바보들의 금‘이라 불린다.
연구팀이 개발한 표면을 개질한 신규 무기물질은 주로 방수제의 원료로 사용되는 옥타데실아민(Octadecylamine)이란 물질로 감싸 비극성 용매에 녹이는 용액공정으로 저온에서 손쉽게 정공수송층 제작이 가능하다.
이렇게 합성된 물질은 기존 물질보다 우수한 전기전도도를 나타내는 것이 실험을 통해 확인했고 이를 도입해 제작된 페로브스카이트 태양전지는 14.2%의 높은 전력 변환효율을 기록했다. 또한 연구팀은 1,000시간 후에도 화학 반응 및 수분으로부터 안전하게 태양전지가 구동됨을 실험을 통해 입증했다.
고민재 박사는 “이번에 개발된 신규 무기 소재는 유무기 복합 페로브스카이트 태양전지의 안전성 향상에 지대한 기여를 했고 차세대 태양전지의 상업화를 앞당겼으며 광흡수층이나 메모리 소재, 다양한 기기의 전극 등 중요 부품으로 활용돼 자리 잡을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 KIST 기관고유사업과 미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단이 추진하는 기후변화대응기술개발사업과 글로벌프런티어사업 멀티스케일 에너지시스템연구단의 지원으로 수행됐으며 연구결과는 재료분야의 전문학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 8월9일자에 표지논문으로 게재됐다.
송명규 기자
--------------------------------------------------------------------
◈태양광발전사업에 대한 더 많은 정보는 아래의 카페를 가입하여서 공유하시길 바랍니다.
[참고] 1GW=1,000MW, 1MW=1,000KW,
☞ 이산화탄소 배출량 비교 시, 신재생에너지(태양광) 10g/KWh, 석탄화력에너지 991g/KWh로 1/100의 수준으로 인하여 이산화탄소배출량이 적어 친환경, 지구온난화방지와 경제, 효율적으로 천연자원 무한에너지(재료 획득이나 운반비용 없어)로 지구와 인류가 존재하는 한 지속(영구)적으로 해야 할 태양광발전사업입니다.
☞http://cafe.daum.net/sun8279 [한국 태양광발전사업 동호회]
카페 통해 알아보시길 바랍니다.
sjj9191@hanmail.net 서정진 전무(카페지기) 010-3678-4344
[신규 부지매도 건 알림]전남 해남 지역 16년 02월부터 ▶제1차, ㉠신규 500KW급 6개소 3.0MW단지[03월 매도완료],
▶㉡또한 전남 영암지역 신규 1차 16년 07월 10MW(부지매도 완료), 제 2차 16년 9월부로 100KW급 10~20여 개소, 350KW급, 500KW, 700KW, 10여개소로 총 20MW 중 2차 10MW급 부지매도 [단순 부지만 매도는 안 됨. 시행(한전접속, 계통연계 가능) 및 시공(대출포함)]시작하오니 사업계획서(수지분석 포함) 요청을 바랍니다.
■①성함, ②핸드폰 번호, ③이메일, ④자기자본금액, ⑤사시는 곳을 문자로 보내 주시면 상호 간에 상담 후에 사업계획서(수지분석 자료, 월간 수익 세부내용 포함)를 이메일로 송부하여 드립니다.
카페지기 서정진 전무 010-3678-4344
▶전국지역[임야, 논, 밭, 일반건축물, 공장, 축사, 창고, 버섯(동식물)재배사,기타]에 태양광발전소를 설치를 하시거나, 부지를 임대하여 줄 지주 분들이나, 특히 건축물에 직접설치나 임대를 원하실 경우 혹은 소개를 하실 적에 카페를 통하여 문의를 하여 주시면,도움이 되도록 항상 성심성의껏 답변을 드리겠습니다(전남 해남지역을 우선 시 하나 그 외 타 지역 설치 시 문의 환영).
▶태양광발전사업을 해 보도록 권유할 분들에 대한 아래의 내용입니다.
귀농/귀촌자(현지 정착의 성패는 일정한 안정적 소득 창출이 관건임), 희망퇴직, 명예퇴직, 정년 퇴직자, 사업직종 전환 예정 및 진행자, 일반 도시인(중장년,노년층), 농어촌(노년층), 건축물 소유자로 임대사업 시 공실률이 많고 관리 불편을 느끼는 자, 기타 등으로 안정적인 연금형태의 수익을 원할 경우 태양광발전사업을 고려하여 볼 수가 있습니다. 태양광발전사업은 큰 돈을 버는 사업은 절대 아니오니 욕심은 금물입니다. sjj9191@hanmail.net 한국태양광발전사업동호회 카페지기 트라이 서정진 전무 010-3678-4344
▶태양광발전소 부지매수를 하여 설치를 할 시에 가장 중요한 것은 설치할 지역이 과연 일사와 일조량의 풍부로 최대한의 발전량이 증대되는 곳인지 확인(기상청 홈페이지 자료 보기) 후 선정하여 발전소를 설치하는 게 25년 이상의 수익증대를 위한 최고의 선택입니다
▶전국 최대의 발전량(REC와 SMP단가 증가)이 될 수가 있는 전남 목포권 영암 및 해남 지역으로 토지 매수 후, 태양광발전사업(RPS제도)을 신규로 할 시, 한전접속(발전사업허가 및 개발행위허가)이 가능한 부지 매도 후에 시행 및 시공을 전문으로 하는 회사로 위의 카페와 함께 합니다
▶개인 기존/신축 주택과 도시 연립빌라/아파트, 농어촌 집단/개인 주택(3~5KW 태양광발전소 설치)으로 자기자본투입 및 임차(대여)로 설치하실 분들 문의 환영합니다(지자체 지원금은 별도 상담 요함).
▶건축물 : 창고, 공장, 축사, 양어장, 마을 공동 건물, 복지관, 버섯사, 기타로 개인 및 법인 건축물에 태양광발전소 설치(자가 활용 및 매전 사업) 시 문의 환영합니다.
☞ 위의 사항에 대한 견적서 및 수지분석과 한전 계통연계 가능 여부 등 성실(무료)히 상당하여 드립니다.
▶분산형전원은 전력 수요지 인근에서 전기를 생산해 바로 소비하는 전력 공급 시스템. 태양광·풍력 등의 신재생에너지, 액화천연가스(LNG) 또는 폐기물을 이용한 열병합발전이 주요 분산형전원의 유형이다.
분산형전원은 미세먼지 발생량의 문제점을 해결하면서 친환경적이고, 장거리 송전을 위한 송전선로 건설을 최소화해 비용과 전자파 피해 우려도 낮출 수 있다.
화력이나 원자력 발전소 대용량 생산전력의 송전선로 설치에 대한 지역민의 사회적 갈등으로 인한 엄청난 비용의 발생을 막을 수가 있다.