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[IT뉴스]KAIST, 태양전지 딜레마 '효율·수명 안정성' 동시 해결

온카뱅크관리자

2026-03-24 13:37:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 보도기사 
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 2차원 보호막 구조 제어…효율 25%·내구성 확보 상용화 걸림돌 해소…대면적 태양전지 확장 기대
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 <img alt="연구 개념도(AI 이미지)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/24/551724-22lyJQR/20260324133227284qsbt.jpg" data-org-width="1080" dmcf-mid="bHAyqRDgSe" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/24/551724-22lyJQR/20260324133227284qsbt.jpg" width="658">
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 연구 개념도(AI 이미지)
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 페로브스카이트 태양전지에서 오랫동안 풀리지 않던 효율과 수명의 상충 문제를 풀 수 있는 해법이 제시됐습니다. 성능을 높이면 쉽게 망가지고, 오래 쓰면 효율이 떨어지던 구조적 한계를 동시에 넘어설 수 있는 기술입니다.
 KAIST 생명화학공학과 서장원 석좌교수 연구팀은 한국화학연구원과 공동으로 페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 함께 끌어올리는 보호막 설계 기술을 개발했습니다.
 페로브스카이트 태양전지는 차세대 고효율 전지로 주목받고 있지만, 열과 습기, 빛에 장시간 노출되면 성능이 빠르게 떨어지는 점이 상용화의 걸림돌입니다. 이를 보완하기 위해 표면에 보호막을 씌우는 방식이 활용돼 왔지만 이 역시 시간이 지나면 구조가 흐트러지며 효과가 약해지는 한계가 있습니다.
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 <img alt="구조 형성 전략에 대한 모식도(좌) 및 구조 변화 모식도(우)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/24/551724-22lyJQR/20260324133227478plax.jpg" data-org-width="1079" dmcf-mid="K01fNl0HhR" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/24/551724-22lyJQR/20260324133227478plax.jpg" width="658">
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 구조 형성 전략에 대한 모식도(좌) 및 구조 변화 모식도(우)
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 연구팀은 보호막 구조 자체를 바꾸는 방식으로 접근했습니다. 기존보다 구조적으로 더 안정적인 '디온?재콥슨(DJ) 구조'의 2차원 보호막을 도입하고, 내부 층이 몇 겹으로 쌓이는지를 의미하는 n값을 정밀하게 제어했습니다.
 DJ 구조는 페로브스카이트 층 사이를 유기 분자가 양쪽에서 단단히 연결해 구조적 안정성 높인 방식입니다. 벽돌 사이를 더 강한 접착제로 묶는 것처럼 구조가 쉽게 무너지지 않습니다. 여기에 열처리 조건을 조절해 내부 층 배열을 정돈하면서 전하 이동 효율까지 개선했습니다.
 그 결과 효율과 안정성이 동시에 개선됐습니다. 해당 기술을 적용한 태양전지는 전력변환효율 25.56%(공인 25.59%)를 기록했습니다. 동시에 85℃ 고온과 85% 상대습도 환경, 지속적인 빛 노출 조건에서도 성능이 안정적으로 유지됐습니다.
 특히 연구팀은 보호막 내부 구조가 열처리 과정에서 재배열된다는 사실을 실험적으로 규명해 보호막 구조를 조절할 수 있는 원리와 재현 가능한 공정 조건도 함께 제시했습니다. 실제 제조 공정으로 이어질 수 있는 기반을 확보했다는 의미입니다.
 서장원 교수는 "효율과 수명이 서로 충돌하던 태양전지의 한계를 보호막 구조 설계를 통해 동시에 해결했다"며 "공정 조건 변화에도 안정적으로 작동해 대면적 제조와 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 말했습니다.
 KAIST 이재희 생명화학공학과 석박통합과정생과 한국화학연구원 문찬수 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지, 줄(Joule)에 2월 24일자로 게재됐습니다.
 (사진=KAIST) 
 김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr
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