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KAIST, 페로브스카이트 태양전지 '효율-수명 딜레마' 해결...25.56% 효율 달성

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AI 핵심 요약

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  • KAIST 서장원 교수팀이 24일 2차원 보호막 기술 개발했다.
  • 페로브스카이트 태양전지 효율 25.56% 달성하고 안정성 높였다.
  • DJ 구조와 n값 제어로 효율·수명 딜레마 동시에 해결했다.

!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.

서장원 교수팀, 2D 보호막 설계 기술 소개
페로브스카이트 구조적 안정성 향상
상용화 위한 대면적 제조 공정 가능성 제시

[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 서장원 석좌교수 연구팀이 한국화학연구원과의 공동연구를 통해 페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 향상시키는 2차원 보호막 설계 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

태양전지 분야에서 오랫동안 풀지 못한 난제가 있었다. 효율을 높이면 수명이 짧아지고, 수명을 늘리면 효율이 떨어지는 '태양전지 딜레마'다. 이번 연구는 이 모순적인 문제를 동시에 해결했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀이 개발한 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 전력변환효율 25.56%(공인 효율 25.59%)을 달성했으며, 고온·고습 환경과 지속적인 광 조사 조건에서도 높은 성능을 유지했다.

차세대 고효율 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지는 최근 효율이 빠르게 향상됐지만, 실제 작동 환경에서의 안정성 문제가 상용화의 주요 걸림돌로 지적돼 왔다. 고온·고습 환경이나 장시간 빛에 노출될 경우 성능이 저하되는 현상이 발생했기 때문이다. 기후 위기 대응과 에너지 전환 요구가 커지면서 태양광 발전의 효율 향상과 장기 신뢰성 확보는 더욱 중요한 과제로 떠올랐다.

페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 향상시키는 2차원 보호막 설계 기술 개념도 [자료=한국과학기술원] 2026.03.24 biggerthanseoul@newspim.com

기존에는 3차원(3D) 페로브스카이트 결정 위에 2차원(2D) 층을 덧입히는 3D/2D 구조 전략이 사용돼 왔다. 이 방법은 태양전지 표면의 결함을 줄이고 안정성을 높이는 데 도움이 됐다. 그러나 2차원 층의 구조가 충분히 견고하지 않을 경우 시간이 지나면서 구조가 변형되거나 성능이 점차 저하될 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 구조적으로 더 안정적인 디온 재콥슨(Dion Jacobson, DJ) 구조의 2차원 페로브스카이트 보호막을 도입했다. DJ 구조는 페로브스카이트 층 사이를 유기 분자가 양쪽으로 단단히 연결해 구조적 안정성을 높이는 방식이다. 쉽게 말해 벽돌 사이를 더 강한 접착제로 묶어 구조가 쉽게 무너지지 않도록 한 것과 비슷한 원리다.

핵심 기술은 보호막 내부에서 페로브스카이트 층이 몇 겹으로 쌓였는지를 의미하는 'n값'을 정밀하게 제어하는 설계 전략이다. 연구팀은 열처리 조건을 조절해 2차원 보호막 내부에서 페로브스카이트 층이 쌓이는 구조를 원하는 방향으로 제어했다. 벽돌을 쌓은 뒤 접착제가 굳는 과정에서 온도와 시간을 조절하면 벽돌이 더 단단하고 정돈된 구조로 자리 잡게 되는 것과 같은 원리를 적용한 것이다.

그 결과 전하 이동이 더 원활해져 태양전지 효율이 향상됐으며, DJ 구조의 견고한 특성 덕분에 장기 안정성도 함께 개선됐다. 연구팀은 열처리 과정에서 서로 다른 물질이 만나는 계면에서 구조가 재배열되며 2차원 보호막의 내부 구조가 변화한다는 사실을 실험적으로 밝혀냈다. 이를 통해 보호막 구조를 조절할 수 있는 원리와 재현 가능한 공정 조건도 제시했다.

이 설계 전략을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 85℃·85% 상대습도(85% RH) 조건과 지속적인 광 조사 환경에서도 높은 수준의 성능을 유지했다. 연구팀은 이 기술을 대면적 모듈 제작에도 적용해 우수한 성능을 확인했으며, 향후 대면적 제조 기반 상용화 가능성을 제시했다.

서장원 석좌교수는 "효율을 높이면 수명이 줄고, 수명을 늘리면 효율이 떨어지는 기존의 난제를 표면 보호막의 구조 설계를 통해 동시에 해결할 수 있음을 보여준 연구"라며 "이 기술은 공정 조건 변화에도 비교적 안정적으로 작동해 상용화를 위한 대면적 제조 공정에도 도움이 될 수 있다"고 말했다.

biggerthanseoul@newspim.com

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日 H3 9호기 발사 성공 [서울=뉴스핌] 오영상 기자 = 일본의 차세대 주력 대형 로켓 H3 9호기가 '일본판 GPS' 역할을 하는 준천정위성 '미치비키' 7호기를 싣고 성공적으로 발사됐다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 11일 오전 4시23분께 가고시마현 다네가시마 우주센터에서 H3 9호기를 발사했다. H3 9호기는 발사 약 30분 뒤 탑재한 미치비키 7호기를 로켓에서 분리해 예정된 궤도에 투입했다. 이번 발사는 지난해 12월 H3 8호기 발사 실패 이후 약 8개월 만에 이뤄진 대형 인공위성 발사다. H3 9호기는 당초 올해 2월 발사될 예정이었지만, 지난해 12월 발사 실패 원인을 규명하고 재발 방지 대책을 마련하기 위해 일정이 연기됐다. 미치비키는 일본 내각부가 운용하는 측위위성으로 미국의 GPS를 보완해 고정밀 위치정보를 제공한다. 일반적인 GPS의 위치 측정 오차가 약 10m인 데 비해 미치비키를 활용하면 수십㎝ 수준까지 오차를 줄일 수 있다. 자율주행차와 농기계 무인운전 등 정밀한 위치정보가 필요한 산업 분야에서 활용도가 높을 것으로 기대된다. 현재 일본은 일본 상공과 호주 대륙 상공을 '8자' 형태로 도는 준천정궤도 위성 3기와 지상에서 항상 같은 위치에 있는 것처럼 보이는 적도 상공의 정지궤도 위성 2기 등 모두 5기의 미치비키를 운용하고 있다. 일본 정부는 미국 GPS 등에 대한 의존도를 낮추고 독자적으로 고정밀 측위 서비스를 제공하기 위해 미치비키 7기 체제를 구축한다는 계획이다. 당초 2026년도 중 7기 체제 구축을 목표로 했지만, 지난해 12월 H3 8호기 발사 실패로 계획이 지연됐다. 일본은 2031년도와 2032년도에 각각 2기씩 추가 발사해 7기 체제를 완성한다는 방침이다. H3 로켓은 JAXA와 미쓰비시중공업이 2014년부터 개발한 일본의 차세대 주력 발사체다. 2023년 초호기 발사 실패 이후 2~5호기 발사에 잇따라 성공했지만, 지난해 12월 8호기 발사에서 다시 실패했다. 이번 H3 9호기의 성공은 일본이 대형 위성을 우주로 운송하는 사업을 다시 본격화했다는 점에서 의미가 있다. 일본은 앞으로 화성의 위성을 탐사하는 'MMX' 탐사선과 국제우주정거장(ISS)에 물자를 운송하는 보급선 'HTV-X' 2호기 발사도 예정하고 있다. [AI 생성 이미지] goldendog@newspim.com 2026-08-11 09:49
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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