광운대 나노소자응용연구소(이현호, 이상신교수),

메타표면 기반 블루 차단 필터 적용 페로브스카이트 태양전지 수명 향상

- 메타표면 기반 청색광 차단 필터를 적용하여 페로브스카이트 태양전지의 광 안정성을 크게 향상 -

- 국제　저명　광학　학술지　옵틱스 익스프레스에 논문 (IF:3.8) 게재 -

＜(좌) 윤범희 석박통합과정 연구원 (중) 이현호 교수 (우) 이상신 교수＞

본교 나노소자응용연구소 연구팀(전자공학과 이현호, 이상신 교수 공동 연구팀)은 메타표면 기반 청색광 차단필터를 적용하여 유무기 페로브스카이트 태양전지의 광 안정성을 크게 향상 시키는데 성공하였다.

유무기 하이브리드형 페로브스카이트 태양전지는 높은 광활성 계수와 용액 공정을 기반으로 차세대 태양전지로 연구되어지고 있다. 하지만 페로브스카이트를 구성하는 유기 부분과 할라이드 원소들 간의 약간 결합력은 공기 중 산소와 수분, 자외선에 대해 페로브스카이트 구조를 약하게 만드는 원인으로 지목된다. 특히 자외선 등의 에너지가 큰 빛에 의한 소자의 열화는 페로브스카이트 태양전지의 성공적인 상업화를 위해 해결해야 할 필수적인 요소이다. 이를 위해, 페로브스카이트에 대한 체계적인 광 열화 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다.

본 연구에서는 적색(610 nm ~ 800 nm), 녹색(500 nm ~ 590 nm), 청색(300 nm ~ 500 nm) 컬러 필터를 사용하여 scanning electron microscope 와 time-of-flight secondary ion mass spectrometry 분석을 통해 페로브스카이트 태양전지의 광 열화 메커니즘을 규명하였다. 또한, 소자의 청색 광에 의한 열화를 억제하기 위해, SiO2, TiO2 로 구성된 다층 무기 박막 메타표면을 활용하여 400~500 nm 범위의 빛을 선택적으로 차단할 수 있는 청색 광 차단 필터를 설계하였다. 그 결과, 청색 광 차단 필터를 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존 태양전지 대비 30% 이상 전력을 더 회수 가능한 안정성을 보여주었다.

연구팀은　개발한 메타표면 기반 청색광 차단 필터가 페로브스카이트 태양전지 광 안정성 향상에 적용 가능한 기술로서 활용되길 기대한다.

이번　연구는　대학중점연구소（2018R1A6A1A03025242, 2022R1F1A1066526）및 광운대학교의　지원을　받아　수행되었고，　연구　결과는　광학 관련 학술지인 옵틱스 익스프레스 (Optics express, IF:3.894, JCR 19.7%)에 개재되었다. https://doi.org/10.1364/OE.465848

＜메타표면기반 청색 광 차단 필터의 구조 및 이를 적용한 페로브스카이트 태양전지의 성능＞