표면 구조 제어 신기술로 안정한 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

– 표면 결정 성장 경로 제어로 효율·안정성 동시 향상

– 세계 최고 수준 인증효율 26.87% 달성, 상용화 기술 한 단계 도약

▲ (왼쪽부터) 화학공학부 박남규 종신석좌교수, 유삼문 박사

화학공학부 박남규 교수 연구팀과 유삼만 박사가 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 새로운 표면 제어 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 기술을 적용한 태양전지는 세계 최고 수준인 인증 효율 26.87%를 달성했으며, 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 네이처에너지(Nature Energy)에 2025년 11월 21일자로 게재됐다.

연구팀은 기존 페로브스카이트 태양전지의 성능을 떨어뜨리던 표면 결함과 전하 손실 문제를 해결하기 위해, 후처리 용액에 아주 소량의 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하는 방식을 적용했다. 이 과정에서 태양전지 표면에 새로운 형태의 ‘중간상’이 형성되며, 일반적으로 나타나는 결정 전환 경로와는 다른 방향으로 결정이 성장하도록 유도되는 사실을 확인했다. 그 결과 태양전지 표면 품질이 크게 향상돼 전하 손실을 최소화할 수 있었다는 점에서 기존 기술과 차별성이 있다.

▲ 용매화된 중간상 (개발된 기술) 을 이용할 경우 페로브스카이트 표면 결함이 효과적으로 제거됨

연구팀이 개발한 공정을 적용한 다양한 소자에서도 우수한 성능이 확인됐다. 특히, 단일 소자에서는 최고 효율 27.19%를 달성했으며, 공인 인증 효율은 26.87%로 나타났다.
또한, 미니모듈의 경우 23.00%의 인증 효율을 기록했으며, 올-페로브스카이트 탠덤 셀은 29.08%의 인증 효율을 달성해 기술의 높은 완성도를 입증했다.

이는 현재 보고된 p-i-n 구조 페로브스카이트 태양전지 가운데 최고 수준의 기록이다. 또한 65°C에서 2,500시간 연속 구동 후 초기 효율의 96%를 유지하는 등 장기 안정성도 입증돼 상용화 가능성을 크게 높였다.

박남규 교수는 “이번 연구는 단순히 표면 결함을 줄이는 수준을 넘어, 결정이 형성되는 과정 자체를 조절하는 새로운 접근법을 제시한 것”이라며 “향후 페로브스카이트 대면적 모듈 및 양산 공정에도 적용될 수 있어 중요한 기술적 전환점이 될 것”이라고 말했다.

이번 성과는 페로브스카이트 태양전지의 상용화에 가장 큰 걸림돌로 꼽히던 계면 손실·내구성 문제를 동시에 해결했다는 점에서 의미가 크며, 차세대 태양전지 분야의 핵심 기술 경쟁력을 확보한 연구로 평가된다.