페로브스카이트 태양전지는 최근 높은 효율과 낮은 공정단가로 인하여 각광을 받는 새로운 차세대 태양전지 기술이다. 페로브스카이트 태양전지는 용액공정으로 손쉽게 제조가능하다. 하지만 용액공정으로 제조된 페로브스카이트 필름은 태양전지 특성을 저하시킬 수 있는 그레인바운더리가 동시에 형성된다. 박남규 교수 연구팀은 코팅용액의 전구체를 비화학양론으로 혼합하여 그레이바운더리를 스스로 치유할 수 있는 신기술을 개발 20.4% 고효율 개발에 성공하였다. 현재까지 세계최고 효율은 복합조성을 갖는 페로브스카이트를 이용한 것이나 단일조성으로는 박교수 결과가 최고효율이다. 특히 그레이바운더리 힐링 기술을 통해 700개 이상의 소자에서 평균효율 20% 이상의 결과를 도출해 상용화도 가능하리라 예상한다.

박남규 교수팀은 장기안정성이 있는 페로브스카이트 태양전지를 세계최초로 개발하여 지난 2012년 8월에 네이처 사이언티픽 리포트 (Nature Scientific Report)에 발표하였으며, 박교수의 2012년 발표논문은 2016년 6월 현재 1,260회 이상 인용되고 있으며, 페로브스카이트 태양전지 관련 Top 5 인용 논문에 포함되어 연구의 우수성을 세계적으로 인정받고 있다.

*논문명 : Self-formed grain boundary healing layer for highly efficient CH3NH3PbI3 perovskite solar cells
*연구팀 : 손대용, 이진욱 (공동 제1저자, 성균관대), 박남규 교수 (교신저자, 성균관대 화학공학/고분자공학부), 신현정 교수 (공동교신저자, 성균관대 에너지과학과), 김동호 교수 (공동교신저자, 연세대 화학과)

뉴스1 http://m.news1.kr/articles/?2698569
아시아투데이 http://www.asiatoday.co.kr/view.php?key=20160622010011338
전자신문 http://www.etnews.com/20160622000295
파이내셜뉴스 http://www.fnnews.com/news/201606221016083745 

[ 연구 내용 요약 ]

최근 학계와 연구계로부터 초미의 관심이 되고 있는 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질의 높은 광흡수 특성과 우수한 전하전달 특성으로 인하여 고효율화가 가능하며, 2012년 박남규 교수 연구팀의 의해 9.7% 고효율의 페로브스카이트 태양전지가 최초 개발된 이후 전세계적으로 페로브스카이트 태양전지 개발에 전념한 결과, 불과 2-3년 사이 20% 이상 고효율이 가능하게 되었다.

페로브스카이트 태양전지로 가장 많이 사용되고 연구된 물질은 메틸암모늄 양이온과 2가의 납과 요오드로 구성되어 있다. 메틸암모늄 페로브스카이트 태양전지의 성능은 페로브스카이트 필름의 품질에 좌우된다. 핀홀 없이 매우 균질한 고품질의 페로브스카이트 필름제조가 가능하면 고효율이 가능할 수 있다. 하지만 고품질의 페로브스카이트 필름이라도 용액공정에서 발생하는 페로브스카이트 필름의 그레인바운더리 생성은 태양전지 특성을 저하시킨다. 따라서 그레인바운더리를 효과적으로 치유할 수 있는 기술이 필요하게 된다. 박교수팀은 그레인바운더리를 스스로 치유할 수 있는 기술을 개발하여 메틸암모늄계 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20% 이상 향상시키는데 성공하였다.