한국에너지기술연구원 김동석 박사 연구팀은 UNIST 김진영 교수팀, 스위스 로잔공대(EPFL) 연구진과 함께 효율을 25.6%까지 높인 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 연구진이 개발한 전지는 논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 중 최고 수준(25.6%)을 기록했다. 해당 연구결과는 국제 최고 권위 과학 학술지인 Nature에 4월 5일자로 게재됐다.

페로브스카이트는 두 개의 양이온(A, B)에 하나의 음이온(O)이 결합된 ABO3의 규칙적인 입체구조(결정)를 갖는 물질이다. 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비해 제작공정이 단순하고 태양광 발전 단가를 획기적으로 낮출 수 있어 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다.

연구진은 페로브스카이트를 구성하는 음이온 일부(용액함량 2%)를 포메이트(HCOO-)로 치환함으로써 내구성을 높이고, 기존 대비 효율을 10% 이상 향상시켰다. 포메이트는 금속 양이온과 상호작용을 통해 결합력을 강화시켜 페로브스카이트 소재 내부의 규칙적인 입체구조가 단단하게 성장하도록 돕는다. 입체구조가 규칙적으로 잘 자란 소재(결정성이 우수한 소재)를 쓰면 전지 효율이 좋다.

전지 제작을 담당한 에너지연 김동석 박사는 “개발된 물질로 효율을 극대화 할 수 있는 구조의 태양전지 셀을 설계하고 제작해 25.2%의 높은 공인 기록(미국 Newport社 공식인증)도 확보했다”며 “동일한 품질의 전지를 만드는 것이 가능해 상용화에 유리할 것”이라고 기대했다.

한편, 에너지연 김동석 박사팀은 2013년부터 UNIST 김진영 교수팀과 공동연구를 진행해 페로브스카이트 태양전지 개발 분야에서 우수한 성과를 내고 있다. 2019년 6월 24일에는 고효율 페로브스카이트 태양전지를 구현하는 핵심 기술인 첨가제의 작동원리를 이론적으로 밝혀내고, 이를 에너지 분야 국제학술지인 ‘Joule’에 게재했다. 또, 2020년 9월 25일에는 불소 첨가로 페로브스카이트 전지 수분 안정성과 효율(당시 논문으로 보고된 효율 중 최고 수준인 24.82%)을 입증한 연구결과를 Science지에 게재한 바 있다.