경북대학교 전자공학부 배진혁 교수팀은 납 없는 친환경 페로브스카이트 기반 태양전지를 대상으로 광경로 길이 변조에 따른 흡수층 내부의 빛 간섭현상 메커니즘 규명을 이론적으로 성공했다고 19일 밝혔다.

이번 이론적인 모델링 결과로, 고효율 친환경 페로브스카이트 태양전지 상용화 기반을 마련하게 됐다.

페로브스카이트는 우수한 전기·광학적 특성 덕분에 차세대 태양전지의 핵심 소재로 각광받고 있지만 인체와 환경에 유해한 납을 포함하고 있어 이를 대체할 친환경적인 소재에 대한 지속적인 연구가 요구되고 있다.

이러한 필요성에도 불구하고 납이 없는 친환경 소재를 기반으로 하는 태양전지에 대한 심층적인 연구는 현재까지 미흡한 실정이다.

배 교수팀은 이러한 문제점에 주목해 세슘과 은이 함유된 납 없는 페로브스카이트 기반 태양전지를 대상으로 소재의 빛에 대한 굴절률을 맥스웰 방정식 및 유한 차분 시간영역법을 활용, 광경로 길이 변조에 따른 간섭현상 메커니즘을 규명하고 동시에 세부적인 광학적 메커니즘 분석을 진행했다.

그 결과 소자의 전극으로 150nm 플루오린화 주석(FTO)과 100㎚의 금(Au) 사이에 산화티타늄(TiO2) 100㎚, 페로브스카이트(Cs2AgBiBr6) 600㎚, 스피로 오메타드 (Spiro-OMeTAD) 200㎚로 차례대로 디자인할 때 이론적으로 최적화된 소자를 구현할 수 있음을 확인했다.

배 교수는 "이번 연구에서 디자인된 소자는 특정 파장영역(520, 572, 659, 778㎚)에서 전극으로 인한 공명 피크가 나타났다"며 "결과적으로 공명 피크에 대한 위상변화 연구와 수학적 알고리즘을 적용시킨다면 광·전기적 특성 향상에 따른 청정에너지 소자의 효율성이 비약적으로 개선될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 중견연구자지원사업과 지역지능화혁신인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다.

제1저자는 서경호 박사과정생, 교신저자는 배 교수다.

연구 결과는 원자력과학기술 분야 세계 최고 권위지인 '인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치(International Journal of Energy Research)'에 2월자에 게재됐다.