화학첨가물 대신 바이러스 써서 태양전지 효율 높였다

화학첨가물 대신 세균에 기생하는 바이러스인 박테리오파지로 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 높인 연구 결과가 나왔다.


한국연구재단은 전일 성균관대 교수, 오진우 부산대 교수, 김형도 교토대 교수 연구팀이 바이러스를 넣어 페로브스카이트 결정의 질을 높이고, 페로브스카이트 태양전지 소자가 태양광을 전기에너지로 바꾸는 광전효율을 20.9%에서 22.3%로 높였다.

페로브스카이트 태양전지는 유·무기 혼합 페로브스카이트 결정구조를 빛을 흡수하는 층으로 쓰는 박막형 태양전지이다. 유기합성이 필요한 고분자 첨가물과 달리 박테리오파지는 ‘배양’으로 일정 크기의 입자를 대량으로 얻을 수 있다.

그동안 페로브스카이트 결정을 생성할 때 나타나는 결함을 보정하고, 광전효율을 높이기 위해 기존에는 화학첨가물을 썼다. 하지만 화학첨가물은 다루기 까다로운 용매를 사용해야 하고, 공정에 많은 비용이 들었다.

연구팀은 기존 화학첨가물 대신 하며 대량으로 얻을 수 있는 박테리오파지를 첨가물로 사용했다. 박테리오파지 표면의 아미노산들이 페로브스카이트 표면의 납 이온과 합쳐져 페로브스카이트 결정성장을 촉진시키고 표면결함을 보정하게 했다.

균일하면서 큰 페로브스카이트 결정의 형성을 유도해 광안정성이 높은 페로브스카이트 태양전지 박막도 만들었다. 연구팀이 만든 페로브스카이트 태양전지는 기존 소자가 기록한 효율인 20.9% 보다 높은 22.3%의 광전효율을 기록했다.

전일 성균관대 교수는 “박테리오파지는 생체친화적이며 대량 생산이 가능한 나노 크기의 바이오 소재이며, 생물학적 배양으로 증식하기 때문에 일정한 크기로 소재를 얻을 수 있다”며 “페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 포토디텍터, LED 등 다양한 기기나 광전소자에 쓸 수 있다”고 전했다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’에 지난 2일자로 게재됐다.