▲ 이세리 연구원 (석박통합과정, 제1저자)  

본교 화공생명공학과 오세용 교수 연구팀의 이세리 연구원 (석박통합과정)은 한경국립대학교의 김규민 교수, 페로브스카이트 태양전지의 발명가로 잘 알려진 일본의 Tsutomu Miyasaka 교수 (Toin University of Yokohama)와의 공동연구를 통해 '주석(Sn)-납(Pb)-Ge(저마늄) 기반의 삼중 금속 양이온 페로브스카이트 태양전지'를 최초로 개발하였으며, 해당 연구 논문은 화학공학 분야 저명한 국제학술지 <Chemical Engineering Journal (IF: 15.1, JCR engineering, chemical 분야 상위 3.2%)>에 게재되었다.

페로브스카이트 태양전지는 단시간에 실리콘 태양전지와 동등한 26%의 전력변환효율 (PCE)을 달성했지만, 최고효율 페로브스카이트 태양전지의 대부분은 독성이 있는 Pb 기반의 페로브스카이트를 광흡수층으로 사용하고 있다. Pb를 부분적으로 대체한 Sn-Pb 혼합 페로브스카이트는 Shockley-Queisser limit에 따라 이상적인 밴드갭을 달성할 수 있지만, Sn의 심각한 산화 문제와 빠른 결정화 속도로 인한 열악한 막 형태는 디바이스의 성능 저하를 초래하게 된다. 이는 Sn-Pb 페로브스카이트의 이론적 장점에도 불구하고 상용화에 적합한 페로브스카이트 태양전지 개발이 어렵다는 것을 보여준다.

Sn-Pb 페로브스카이트의 불안정성 문제를 효과적으로 해결하기 위해서는 이상적인 밴드갭을 유지하면서 필름 특성을 향상시키는 전략의 도입이 필수적이다. 

오세용 교수 연구팀은 Sn-Pb 페로브스카이트에 흔히 사용되는 thiocynate (SCN)계 첨가제를 MACl 첨가제로 대체함으로써 Ge를 페로브스카이트 전구체에 완전히 용해시켜 Sn-Pb-Ge로 구성된 삼중 금속 양이온 페로브스카이트를 완성하였다. Sn-Pb-Ge 페로브스카이트는 향상된 필름 특성으로 Sn-Pb 페로브스카이트 태양전지보다 높은 Voc (open-circuit voltage), PCE와 장기 안정성을 나타냈다. 

본 연구에서는 Sn-Pb-Ge로 구성된 삼중 금속 양이온 페로브스카이트를 이용한 소자 제작에 성공하여 페로브스카이트 태양전지 관련 연구자들의 주목을 끌 것으로 기대된다. 

(1) 논문 제목: Ge-doped Sn-Pb assisted by MACl triple metal cation perovskite solar cells with high open-circuit voltage

(2) 논문 링크: https://authors.elsevier.com/a/1iskj4x7R2kBC0

(3) 연구실 홈페이지: https://advpoly.sogang.ac.kr/advpoly/index.html