전체기사

2026.01.05 (월)

  • 맑음동두천 0.6℃
  • 맑음강릉 3.6℃
  • 맑음서울 1.4℃
  • 맑음대전 3.8℃
  • 맑음대구 5.9℃
  • 구름많음울산 5.5℃
  • 맑음광주 4.8℃
  • 구름조금부산 7.8℃
  • 맑음고창 3.1℃
  • 구름많음제주 8.0℃
  • 맑음강화 0.1℃
  • 맑음보은 2.2℃
  • 맑음금산 4.0℃
  • 구름조금강진군 5.5℃
  • 구름조금경주시 5.5℃
  • 구름조금거제 6.5℃
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


사회

더보기

문화

더보기
【레저】 설경 속에서 즐기는 얼음 낚시
[시사뉴스 정춘옥 기자] 온 세상이 얼어붙는 겨울을 맞아 낚시 마니아들의 마음은 뜨겁다. 겨울에만 즐길 수 있는 얼음 낚시의 계절이다. 낚시 축제에는 각종 이벤트와 먹거리, 아이들이 좋아할만한 레포츠와 문화행사 등이 마련돼 있어 가족과 함께 방문하기 좋다. 직접 잡아서 맛보는 송어 대표적인 겨울 관광 축제인 ‘제17회 평창송어축제’가 오는 2026년 1월 9일부터 2월 9일까지 강원 평창군 진부면 오대천 일원에서 열린다. 지난 2007년 시작된 평창송어축제는 얼음낚시를 중심으로 겨울 레포츠와 체험, 먹거리, 공연이 펼쳐지는 문화체육관광부 지정 문화관광축제로 매년 수십만명의 관광객이 찾는 겨울 관광 명소다. 올해 20주년을 맞아 새로운 시설 확충과 다채로운 프로그램으로 관광객을 맞이할 계획이다. 이번 축제에서도 송어 얼음낚시와 맨손 송어 잡기 체험이 대표 프로그램으로 운영된다. 추위에 대비한 텐트 낚시와 실내 낚시터도 마련되며 운영요원이 현장에서 도움을 준다. 낚시 외에도 눈썰매, 스노우래프팅, 얼음 카트 등 다양한 겨울 레포츠와 체험 콘텐츠가 마련돼 가족 단위 관광객과 젊은 층 모두가 즐길 수 있다. 축제장 내 회센터와 구이터에서는 직접 잡은 송어를 송어회,

오피니언

더보기
【박성태 칼럼】 활력과 열정이 넘치는 ‘붉은 말띠의 해’, 새해의 목표는?
다사다난했던 2025년 ‘푸른 뱀띠의 해’를 보내고, 활력과 열정, 속도와 변화의 에너지가 강하다고 여겨지는 ‘붉은 말띠의 해’ 병오년(丙午年)이 밝았다. 새해는 개인에게는 지난 시간을 정리하고 새로운 방향을 모색하는 출발점이며, 국가적으로는 변화의 흐름을 점검하고 미래를 설계하는 시점이기도 하다. 지난 한 해 국가적으로는 윤석열 전 대통령의 파면 이후 치러진 6·3 대통령 선거를 통해 이재명 대통령이 제21대 대통령으로 취임하며 큰 정치적 변화를 겪었다. 이후 경제와 외교 전반에서 비교적 의미 있는 성과를 도출했다는 평가가 이어지고 있다. 경주 APEC 행사를 성공적으로 치러냈고, 미국과의 관세 전쟁 속에서도 나름의 성과를 거두며 사상 첫 수출 7천억 달러를 달성해 세계 6위 수출 국가라는 기록을 남겼다. 대한민국 정부는 새해 국정목표를 ‘국민이 주인인 나라, 함께 행복한 대한민국’을 비전으로 제시하고, 국민 삶의 질 향상과 사회적 연대를 핵심 가치로 삼았다. 이를 실현하기 위해 ▲국민이 하나 되는 정치 ▲세계를 이끄는 혁신 경제 ▲모두가 잘사는 균형 성장 ▲기본이 튼튼한 사회 ▲국익 중심의 외교·안보 등 5대 국정 목표와 123대 국정 과제를 추진하고 있