플라스마 처리로 페로브스카이트 태양전지 효율·내구성 양립

플라스마 기반 표면 처리 기술로 페로브스카이트 태양전지가 가혹한 시험 조건에서도 성능 저하를 견디며 높은 전력 변환 효율을 유지할 수 있게 됐다. 베이징대학교 연구팀이 개발한 이 처리 기술은 핵심 계면의 결함을 약 10분의 1 수준으로 줄였다. 소면적 전지는 효율 27.2%를 기록했고, 100㎠ 모듈은 24.0%를 달성했으며 공인 효율은 23.5%였다.

페로브스카이트는 빛을 효율적으로 흡수하고 비교적 낮은 온도에서 가공할 수 있으며 유연한 소자에도 활용할 수 있어 유망한 태양광 발전 소재로 꼽힌다. 그러나 상대적으로 무른 결정 격자는 표면 결함이 생기기 쉬워 에너지를 낭비하고 이온 이동을 방해하며 성능 저하를 앞당긴다.

연구진은 먼저 아르곤 플라스마로 결함이 많은 표면층을 제거했다. 이어 두 번째 플라스마로 활성화한 불소 화학종이 노출된 납 이온과 반응해, 아래쪽 결정 구조를 손상시키지 않으면서 두께가 불과 4~7nm인 연속적인 불화납 보호층을 형성했다.

안정성 시험에서 소형 전지는 모사 태양광 아래 85°C에서 2,000시간이 지난 뒤에도 초기 효율의 98.1%를 유지했다. 밀봉한 모듈은 65°C에서 1,600시간 후 초기 효율의 99.3%를 유지했다. 이 소자들은 자외선, 열, 역바이어스, 주야간 반복 시험도 통과했다. 더 장기적인 실제 환경 성능은 아직 입증해야 하지만, 이번 연구는 내구성 있는 대면적 페로브스카이트 모듈을 만드는 데 더 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 제시한다.