“수명 3배 늘린 페로브스카이트”…UNIST, 26.2% 고효율 전지 선보여

수명은 짧고 효율이 높았던 기존 페로브스카이트 태양전지의 한계가 획기적으로 개선됐다. 국내 연구진이 액상 첨가제 대신 고체 첨가제 ‘4CP’를 도입해 전지 수명을 3배 이상 늘리고 최대 26.2%의 높은 광전변환효율을 구현하는 데 성공했다. 업계는 이번 성과를 차세대 태양전지 상용화와 극한 환경 에너지 공급 경쟁의 변곡점으로 바라보고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 양창덕·신승재 교수팀과 고려대학교 민한울 교수팀 공동연구진은 기존 액상 첨가제(tBP)를 대체하는 고체 첨가제 4CP를 개발해, 페로브스카이트 태양전지에 적용하는 데 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 고효율(광전변환효율 26.2%, 공인효율 25.8%)과 3000시간 이상 장기안정성을 동시에 만족시킨 것이 특징이다. 네이처 에너지에 게재된 해당 논문에서 연구진은 기존 대비 3배 향상된 수명과 고온·극한환경 내구성을 입증했다.

페로브스카이트 태양전지는 구리 등 기존 실리콘 방식 대비 저가·고효율이 강점이지만, 전지 내에 투입되는 첨가제(tBP)가 고온에서 휘발하며 내부 미세구멍(핀홀), 부산물 등이 형성돼 수명 단축이 불가피했다. 연구진이 개발한 고체 첨가제 4CP는 휘발성이 없으며, 리튬 이온 분산과 층간 계면의 균질화를 동시에 유도해 전하 이동을 촉진하는 구조적 차별점을 가진다. 결과적으로 전지의 광전변환효율이 크게 향상됐고, 실험에서 26.2%의 최고 효율과 더불어 3000시간 잔존효율 80% 이상, 영하 80도~영상 80도 온도 변동 200회 이후에도 성능이 90% 이상 유지됐다.

시장에서는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 장애물이던 내구성과 수명 문제의 해소로, 미래 에너지 대체 시장·우주 및 특수 환경 응용 등 새로운 수요 창출이 기대되는 분위기다. 기존 tBP 기반 전지는 1000시간 내 효율이 60%까지 저하됐지만, 4CP 기반은 3000시간 경과 후에도 80% 수준의 효율을 유지했다. 특히 극한 온도 내구성 실험(85도 400시간, 영하 80도~영상 80도 200회 반복)에서 세계 최고 수준 결과를 확보해, 극지·우주 등에서의 적용 가능성이 높아진 것으로 평가된다.

글로벌에서는 중국·미국·유럽 주도의 페로브스카이트 태양전지 내구성 강화 기술 경쟁이 치열하다. 이번 성과로 국내도 기술 격차를 빠르게 좁힐 수 있을 것으로 관측된다. 연구진도 “공정은 그대로 두고 첨가제만 바꿔도 수명 문제를 효과적으로 해결할 수 있음을 입증했다”며 “장기 신뢰성 데이터가 확보되면 산업 표준 진입장벽을 넘을 수 있다”고 강조했다.

업계는 기술 인증과 시험평가 등 상용화 전 단계에서의 글로벌 규제 기준 충족 과정이 남아 있지만, 이번 연구가 극한환경 대응력까지 입증했다는 점에서 경쟁 우위 토대가 견고해질 것으로 전망했다. 전문가들은 “연료전지, 우주용 에너지 패널 등 고신뢰성이 요구되는 산업에서 페로브스카이트 태양전지 실사용 가능성에 주목할 필요가 있다”고 분석했다. 산업계는 이번 기술이 실제 시장에 안착할 수 있을지 주시하고 있다.