[뉴스웍스=문병도기자] 국내 연구진이 안정성이 높은 산화물 기반 태양전지의 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 방안을 찾아냈다.

김동훈 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터 박사팀은 장현명 포스텍 교수팀과의 공동 연구를 통해, 비스무스-철-크롬계 산화물 재료(Bi2FeCrO6)가 이중 페로브스카이트 결정구조를 가질 때 전자의 수명이 연장되는 현상을 규명하였고, 그 결과 태양전지의 전력 생성량이 크게 증가될 수 있음을 밝혀냈다.



KIST-포스텍 공동 연구진은 전자의 거동을 살펴볼 수 있는 계산법을 활용하여, 이중 페로브스카이트 구조의 산화물 물질 내에서 전자-정공 분리 현상이 일어남을 발견했다.

전자와 정공이 공간적으로 분리되면 전자의 수명이 매우 늘어나는데, 그 결과 기존의 단일 페로브스카이트 산화물 재료를 태양전지에 사용했을 때보다 약 1000배 이상 높은 전류값을 출력할 수 있음을 증명했다.

더 나아가 연구진은 양자 계산을 활용한 고속 대량 스크리닝 기술로 약 1000여개의 이중 페로브스카이트 산화물 재료물성의 데이터베이스를 구축했다. 그 결과 태양전지의 에너지 효율을 크게 증가시킬 수 있는 새로운 산화물 재료 5가지를 엄선하여 제시했다.
이번 연구결과는 재료물성의 빅데이터를 수집 및 활용하여 태양전지용 신소재 개발을 가속화시켰다는 점에서도 그 의미가 매우 크다. 차세대 태양전지로서의 상용화로 이어지길 기대하고 있다.

김동훈 KIST 박사는 “이번 연구에서 제시된 산화물 소재들은 기존의 실리콘 소재와는 달리 밴드갭을 넘어서는 큰 전압출력이 가능한 장점이 있어, 태양전지 효율의 이론적 한계치를 넘어서는 것도 가능하다"면서 "앞으로 고효율과 안정성을 모두 잡은 산화물 태양전지가 시장에 등장하길 기대한다.”고 포부를 밝혔다.

과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업 및 국립연구재단(NRF)의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 미국 국립과학원 회보(PNAS) 최신호에 게재됐다.