기술 개요
“페로브스카이트 태양전지의 전하 이동·대면적 제조·환경 내구성을 소자 각 층에서 함께 개선하는 기술입니다.”
산업 별 활용 방안
페로브스카이트 태양전지·모듈을 개발하는 제조 기업
차세대 태양전지 제조 기업은 소면적 셀 성능을 넓은 모듈로 확장할 때 코팅 균일도와 전하 손실 때문에 성능 편차를 관리해야 합니다. 본 기술을 정공·전자 전달층과 계면층 설계 모듈로 적용해 전하 추출 경로와 막 형성 조건을 함께 개선할 수 있습니다. 기존 소자 구조를 전면 교체하기보다 목표 면적과 공정 조건에 맞춰 기능층부터 단계적으로 검증·결합할 수 있습니다.
건물일체형 태양광과 탠덤 셀을 개발하는 기업·기관
건물 외장재나 고효율 탠덤 셀을 개발하는 기업·기관은 제한된 설치 면적에서 발전 성능을 확보하면서도 열·습기·광 노출에 대한 안정성을 검토해야 합니다. 조성 경사형 전하 전달층과 광활성층 보호 계면 기술을 적용해 전하 손실을 줄이고 환경 요인에 따른 계면 열화를 완화하는 구조를 검토할 수 있습니다. 적용 대상의 소자 구조와 봉지 조건을 기준으로 단위 셀 평가부터 모듈 내구성 실증까지 순차적으로 결합할 수 있습니다.
태양전지 소재와 용액공정 장비를 공급하는 기업
소재와 코팅 장비를 공급하는 기업은 고객사의 다양한 기판과 소자 구조에서 균일한 박막을 형성하고 공정 재현성을 확보해야 합니다. 금속-퍼옥소 전구체 기반 전자 전달층, 유무기 복합 정공 전달층, 스프레이 코팅 조건을 용액공정 기능층 기술로 활용해 소재 조성과 도포 공정을 함께 최적화할 수 있습니다. 신규 생산라인 구축 전에도 기존 코팅 장비와 시험 기판에서 기능층별 적용성을 확인하는 방식으로 도입할 수 있습니다.
기술 설명
어떤 기술인가요?
페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 광흡수층을 용액으로 코팅할 수 있어 차세대 태양광 모듈로 주목받지만, 넓은 면적에서의 성능 저하와 수분·열·빛에 따른 열화가 상용화 과제입니다. 본 기술 포트폴리오는 광활성층과 전하 전달층, 계면 보호층을 통합 설계하는 페로브스카이트 광전소자 기술로서, 조성 구배형 정공 수송층으로 대면적 전하 추출을 촉진하고(특허 1), 용액공정 전자 전달층으로 재결합을 줄이며(특허 2), 유무기 복합 정공 전달층으로 막의 빈틈과 누설 경로를 낮추고(특허 3), 2차원·3차원 페로브스카이트 계면으로 산화와 이온 이동을 억제하며(특허 4), 산화맥신 복합 계면층으로 광활성층 보호와 전하 수송을 함께 수행하는(특허 5) 기법으로 효율과 내구성을 함께 확보합니다.
어떤 문제를 해결하나요?
1. 면적 확대 시 전하 손실과 막 불균일
소면적 셀에서 성능이 확인돼도 모듈 면적이 커지면 전극 저항과 전하 재결합의 영향이 커지고, 코팅막이 균일하지 않으면 전류가 새는 구간이 생길 수 있습니다. 조성 구배형 정공 수송층과 유무기 복합 정공 전달층을 적용해 전하가 이동하는 경로를 개선하고, 스프레이 코팅에 적합한 균일한 기능막 형성을 지원합니다.
2. 계면에서의 전하 재결합
페로브스카이트 광활성층에서 생성된 전자와 정공이 각 전극으로 빠르게 분리되지 않으면 계면에서 다시 결합해 전력 생산량이 감소합니다. 비양성자성 용매 기반 금속 산화물 전자 전달층, 계단식 에너지 준위 구조, 산화맥신 복합 계면층을 통해 전하를 선택적으로 추출하고 이동시키도록 설계합니다.
3. 수분·열·산소에 따른 성능 열화
페로브스카이트 광활성층, 특히 주석계 조성은 공기 중 산소와 수분에 노출될 때 산화되거나 이온이 이동해 소자 성능이 저하될 수 있습니다. 2차원·3차원 페로브스카이트 조성 경사층과 산화맥신 복합막을 광활성층 계면에 적용해 산소 침투와 계면 결함을 줄이고, 전하 이동을 방해하지 않으면서 보호 기능을 부여합니다.
연구자 및 특허 소개
임상혁
고려대학교 화공생명공학과
LG화학 차장
Univ. of Washington 박사후연구원
한국과학기술원 실험조교 · 교육조교
前 경희대학교 국제캠퍼스 부교수 — 기능성 나노소재, 태양전지, 에너지 소재 연구 수행
現 고려대학교 정교수 — 태양전지, 에너지, 디스플레이, 나노소재 연구 수행
“저의 연구는 페로브스카이트 태양전지와 광전소자의 효율 및 내구성을 높이기 위해 광활성층·전하 전달층·보호 계면을 함께 설계하는 소재·소자 기술입니다. 태양전지 제조 기업, 소재 기업, 건물일체형 태양광 및 탠덤 셀 개발 기업은 전하 전달층과 계면 보호층을 기존 소자 구조에 적용해 대면적화와 내구성 검증에 활용할 수 있습니다. 관심 있는 기업·기관과 실제 소자 구조 및 공정 조건을 기반으로 적용 가능성을 검토하고, 대면적화와 내구성 실증 단계에서 공동연구와 기술 이전을 지원하고자 합니다.”
기술과 관련된 특허 5건
FAQ
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