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DGIST, 납 없는 차세대 태양광 소재 ‘안티모니 칼코아이오다이드’ 조성 제어 핵심 기술 개발
향후 비납계 태양전지 개발에 기여할 것으로 기대

[인더스트리뉴스 권선형 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 최용찬 박사팀은 차세대 태양광 소재로 각광받고 있는 안티모니 칼코아이오다이드(Antimony chalcoiodide)의 조성을 제어할 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 지난 11월 23일 밝혔다.

이 기술을 활용하면 납을 포함하지 않는 차세대 비납계 태양전지 개발에 더 속도가 붙을 전망이다. 

(왼쪽부터) DGIST 에너지융합연구부 최용찬 선임연구원, 정강원 전임연구원 [사진=DGIST]

최근 들어 실리콘에 버금가는 높은 성능과 제작 편리성을 갖는 납(Pb)을 기반으로 한 페로브스카이트 물질이 차세대 태양전지 소재로서 각광 받고 있다. 하지만 납(Pb)의 유해성은 상용화에 큰 걸림돌이다. 때문에 비(非)납계 태양광 소재인 안티모니 칼코아이오다이드 소재가 대표적인 대체재로 각광 받고 있지만, 관련 연구는 초기 단계에 머물러 있다. 

최 박사팀은 2단계로 나눠진 용액공정을 통해 안티모니 칼코아이오다이드의 조성을 제어할 수 있는 소재를 개발하는데 성공했다.

최 박사팀은 첫 번째 단계에서 안티모니 칼코게나이드를 제조, 2단계에서 이를 삼아이오딘화안티모니와 반응시켜 안티모니 칼코아이오다이드로 변환시켰다.

이어 해당 공정을 통해 소재의 단순한 조성을 넘어 소재의 결정과 형상, 전자 구조가 모두 잘 제어된 안티모니 칼코아이오다이드 Sb(S1-xSex)I 소재 제작에 성공했다. 연구팀은 전자 구조 분석을 통해 이 소재의 한계점을 지적하고 고성능 태양전지 제작을 위해 필요한 적절한 계면층을 소개했다.

안티모니 칼코아이오다이드 제작 공정 개발 과정 모식도 [자료=DGIST]

최 박사는 “이번에 개발한 방법은 안티모니 칼코아이오다이드를 포함한 다양한 삼원계 칼코할라이드 소재 제작에도 적용할 수 있을 것”이라며, “단순한 태양광을 넘어 비납계 차세대 태양전지 개발에 있어 토대가 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

DGIST 에너지융합연구부 정강원 전임연구원은 “이번 결과를 토대로 더욱 향상된 태양전지 소자를 개발해 향후 상용화가 가능한 비납계 태양광 시스템을 개발하기 위해 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 정 전임연구원이 제1저자로 참여했으며 과학기술정보통신부 한국연구재단 기본연구 및 DGIST 융합연구원 기관고유사업인 차세대 에너지소재 원천기술 개발 연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 ‘어플라이드 에너지 머티어리얼즈(Applied Energy Materials, ACS)’에 11월16일 온라인 게재와 더불어 추가표지(Supplementary Cover) 논문으로 채택됐다.

[권선형 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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