전체기사

2025.07.02 (수)

  • 구름많음동두천 27.7℃
  • 흐림강릉 29.4℃
  • 구름조금서울 29.1℃
  • 구름조금대전 30.2℃
  • 맑음대구 32.3℃
  • 연무울산 29.4℃
  • 맑음광주 31.6℃
  • 구름조금부산 26.6℃
  • 구름조금고창 32.1℃
  • 맑음제주 29.6℃
  • 흐림강화 26.9℃
  • 구름많음보은 28.2℃
  • 구름조금금산 30.3℃
  • 구름많음강진군 30.8℃
  • 구름조금경주시 32.9℃
  • 구름조금거제 28.1℃
기상청 제공

지역네트워크

UNIST 석상일 교수팀, 박막 구성층 물리화학 결함 없이 연결하는 중간층 생성법 발견

URL복사

 

[시사뉴스 정은주 기자] 이종(異種) 소재를 무결점으로 연결하는 방법으로 박막 태양전지의 전력 생산 효율과 안정성을 동시에 높이는 새로운 기술이 개발됐다. 최고 권위 과학저널인 네이처(Nature)지는 이 같은 연구 결과를 지난 20일(현지시각)자로 온라인에 공개했다.  

 

UNIST(총장 이용훈) 에너지화학공학과 석상일 특훈 교수팀은 박막 태양전지 구성층 사이에 집중된 결함을 최소화할 수 있는 중간층의 생성 원리를 밝혀내고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용해 25.8% 효율을 갖는 전지를 개발했다. 이는 논문으로 공식 보고된 세계 최고 효율이다. 미국 재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 인증 받은 공인 기록도 25.5%로 가장 높다.
 

이 중간층은 박막형태 이종소재 구성층 사이에서 완충재 역할을 해 결함을 획기적으로 줄인다. 결함은 내구성뿐만 아니라 전자(전기입자)의 흐름을 방해해 효율도 떨어뜨린다. 특히 구성 원소와 원자가 배열된 모양 자체가 다른 이종 소재가 맞닿는 지점(계면)에서는 배열이 찌그러져 원자가 빠지는 등의 결함이 쉽게 생긴다. 구성층 끼리 약한 물리적 결합으로만 연결되기 때문이다. 
 

연구팀은 전자전달층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 이 중간층 물질을 실험을 통해 입증했다. 확인 결과 이 물질은 전자전달층과 광활성층을 원자 수준에서 결함 없이(atomically coherent)연결했다. 포항가속기연구소 X-선 빔라인 등을 실험에 활용했다. 
   

이러한 중간층은 전자전달층의 주석 성분 덕분에 만들어졌다. 주석(Sn)은 2가 양이온 (Sn2+)인 동시에 4가 양이온(Sn4+)이 될 수 있다. 또 전자전달층내 산소 이온뿐만 아니라 페로브스카이트의 염소 이온과도 결합할 수 있다. 연구팀은 바로 이 두 가지 원리에서 착안해 전자전달층과 페로브스카이트를 원자단위에서 결정구조학적으로 연결하는 중간층을 얻을 수 있었다.    
 

석상일 교수는 “페로브스카이트 광활성층과 전자전달층의 소재와 구조에 대한 심도 있는 이해를 바탕으로 효율과 안정성을 모두 갖춘 페로브스카이트 태양전지를 개발할 수 있었다”고 설명했다. 
 

석 교수는 이어 “세계 최고의 인증 효율을 달성한 것은 물론 이를 체계적으로 분석하는 접근법은 후속 연구자들에게 큰 영감을 줄 수 있다는 점에서 뜻깊은 연구”라고 설명했다. 
 

석 교수는 페로브스카이트 태양전지로 마의 효율이라 불렸던 20%를 처음 넘긴 것은 물론, 세계 최고의 공인 효율을 스스로 다섯 차례나 경신했다. 지금도 세계 최고의 기록을 보유하고 있다. 이러한 결과는 지난 2012년에 독자적으로 개발한 페로브카이트 이종접합태양전지 구조 덕분이다. 현재 24%가 넘는 고효율 페로브스카이트 태양전지의 대부분은 이 구조를 갖는다. 또 세계 최고 권위의 과학저널(journal)인 네이처와 사이언스(Science)에 보고한 논문도 이번으로 8편째에 이른다. 지난 9월에는 페로브스카이트 태양전지의 탄생과 개발에 기여한 공로로, 2022 랭크 광전자공학상(Rank Prize in Optoelectronics)에 공동 수상자로 선정된바 있다. 영국 랭크 재단에서 수여하는 이 상은 노벨상 수상자를 배출한 저명 과학상이다. 
 

한편, 페로브스카이트 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지와 달리 얇고 가볍고, 유연하게 만들 수 있다. 용액 공정으로 값싸게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 꼽힌다. 전하입자(전자, 정공)를 만드는 광활성층 물질로 페로브스카이트를 쓴다. 
 

이번 연구에는 UNIST 반도체소재·부품대학원 신태주 교수(UNIST 연구지원본부 본부장), 포항가속기연구소 김민규 박사, UNIST 민한울 연구원, 이도윤 연구원 등이 참여했다. 연구 수행은 한국연구재단 리더연구자지원사업, 국방과학기술연구소(ADD) 미래도전 국방기술사업 등의 지원으로 이뤄졌다.
 

저작권자 Ⓒ시사뉴스
제보가 세상을 바꿉니다.
sisa3228@hanmail.net





커버&이슈

더보기

정치

더보기
'3%룰' 포함 여부 여야 간 극적 합의 이뤄질 수 있을지 주목
[시사뉴스 홍경의 기자] 여야가 상법개정 '3%룰이 제외될 지 포함할지 여부로 협상에 나선다. 여야가 2일 국회 법제사법위원회 법안심사1소위원회에서 상법 개정안 처리 문제를 두고 담판에 나선다. 최대 쟁점은 이른바 '3%룰'의 포함 여부로 여야 간 극적 합의가 이뤄질 수 있을지 주목된다. 민주당 관계자는 이날 서울 여의도 국회에서 기자들과 만나 상법 개정안 처리 문제와 관련해 "오늘 국회 법제사법위원회 법안심사1소위원회에서 3%룰이 제외될지 살아날지는 여야의 협상 과정에서 정리해야 할 문제"라고 했다. 이어 "야당과 재계가 우려한 배임죄는 이후 논의한다고 정리하면 야당도 크게 반대할 이유가 없다"며 "법안심사 과정에서 야당 의견을 (일부) 수용하면 나머지 (조항) 부분은 충분히 합의가 가능할 것"이라고 했다. 다만 오는 3일 국회 본회의에서 상법 개정안을 처리한다는 방침은 유지했다. 이 관계자는 "합의가 안 되더라도 상법 개정안은 통과시켜야 한다는 생각"이라며 "중요한 쟁점 2가지 부분에서 접점을 찾으면 될 것 같다"고 말했다. 국민의힘이 기업·투자자 모두에 인센티브를 제공하는 세제 개혁 필요성을 주장한 데 대해서도 "세제 문제는 이후에 논의하기로 했다"라고


사회

더보기
오늘 수도권·강원·경상 등 소나기…낮 최고 36도 '폭염'
[시사뉴스 홍경의 기자] 오늘(2일) 수요일은 수도권과 강원내륙, 경상권내륙 등에 소나기가 내리는 가운데 무더운 날씨가 이어지겠다. 기상청은 이날 "오전까지 수도권과 강원내륙·산지에 0.1mm 미만의 빗방울이 떨어지고 오전부터 저녁 사이 서울, 인천, 경기북부와 강원중·북부내륙, 경상권내륙에는 소나기가 내리는 곳이 있겠다"고 예보했다. 예상 강수량은 ▲서울, 인천, 경기북부 5~30㎜ ▲서해5도 5~20㎜▲강원중·북부내륙 5~30㎜ ▲대구, 경북남서내륙, 경남서부내륙 5~20㎜다. 전국 대부분 지역에 폭염특보가 발효된 가운데 당분간 최고 체감온도가 33도 내외(일부 경기도와 강원동해안.산지, 남부지방, 제주도동부 35도 내외)로 올라 매우 무덥겠다. 소나기가 내리는 지역에서는 일시적으로 기온이 내려가겠으나 그친 뒤에는 습도가 높은 상태에서 낮 동안 다시 기온이 오르겠다. 온열질환 발생 가능성이 높으니 야외 활동과 외출을 자제하고 식중독 예방을 위해 음식 관리에 유의해야겠다. 당분간 내륙과 동해안을 중심으로 열대야가 나타나는 곳이 있겠다. 열대야는 밤 사이 기온이 25도 이상 유지되는 현상이다. 낮 최고기온은 28~36도를 오르내리겠다. 주요 지역 낮 최고기온

문화

더보기

오피니언

더보기
【박성태 칼럼】 국민이 선택한 이재명 정부 경제 현안 해결 정책에 중점 둬야
윤석열 전 대통령의 탄핵으로 치러진 지난 6.3 조기대선에서 제21대 대통령으로 당선된 이재명 대통령이 취임한 지도 벌써 2주가 지나갔다. 6.3 선거 당일 출구조사에서 50%가 넘을 것이라는 예측에는 빗나갔지만 49.42%의 득표로 41.15%를 얻은 국민의힘 김문수 후보를 압도적으로 누르고 제21대 대통령으로 당선됐다. 이 대통령은 1천728만표를 얻어 역대 대통령 선거에서 가장 많은 득표로 당선된 대통령으로 자리매김했다. 이 같은 득표의 배경으로 전국적으로 고른 지지를 받은데다 보수의 텃밭인 대구 경북지역에서도 당초 예상보다 7% 포인트 정도 더 지지를 받은 것으로 나타났다. 즉 보수진영에서도 윤석열 전 대통령의 계엄령이라는 본헤드 플레이는 잘못된 것이고 나라를 거의 망쳐버린 윤 전 대통령보다는 나을 것이라는 기대감이 작용했다는 것이다. 선거가 끝난 후 이재명 대통령의 향후 직무수행에 여론조사 결과 70% 정도가 ‘이 대통령이 직무수행을 잘할 것’이라고 응답한 결과가 나왔다. 한국갤럽이 지난 10~12일(6월 둘째 주) 전국 만 18세 이상 유권자 1,000명을 대상으로 ‘이 대통령이 앞으로 5년 동안 대통령으로서 직무를 잘 수행할 것으로 보는지, 잘못