영하 100도와 영상 100도에서도 초기 효율을 유지한 채 작동하는 태양전지 계면소재를 AI로 생성한 이미지. 분자 연결 위치를 바꾸는 것만으로 영하 100도에서 영상 100도를 오가는 극한의 온도 변화에도 정상 작동하는 태양전지 소재가 개발됐다. 우주나 항공처럼 극심한 온도 변화가 예상되는 환경에서도 태양전지를 적용할 수 있게 될 전망이다. 한국연구재단은 양창덕·신승재·송명훈 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀은 자기조립단분자막(SAM)의 분자 연결 위치를 조절해 전극 위에서 치밀하고 안정적으로 배열되는 계면소재 ‘LY-m’을 개발했다고 3일 밝혔다. 자기조립단분자막은 특정 분자들이 기판 표면에 스스로 결합·정렬해 형성하는 분자 한 층 두께의 매우 얇은막으로, 페로브스카이트 태양전지의 결함을 줄이고 전하 이동을 극대화하는 소재다. 릴게임 먹튀 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 극대화하는 방법으로 전하 수송층의 위아래 구조를 반대로 뒤집은 역구조 방식이 주목받고 있다. 페로브스카이트(i)를 가운데 두고 양전하를 수송하는 정공수송층(p), 음전하를 수송하는 전자수송층(n)을 위아래로 쌓는 n-i-p 방식을 정구조, p-i-n 방식을 역구조라고 부른다. 역구조 소자에서 투명전극(ITO)과 페로브스카이트 흡수층 사이의 계면은 태양전지 성능을 좌우하는 핵심이다. 자기조립단분자막이 계면 내 정공수송층으로 널리 쓰이지만 분자들이 고르게 배열되지 않거나 열을 받으면 태양전지 에너지 손실이 크고 장기 안정성이 떨어질 수 있는 한계가 있다. 연구팀은 자기조립단분자막 분자의 기본 구조는 유지한 채 중간 연결고리의 위치만 바꾼 세 가지 이성질체(화학식은 같지만 서로 다른 물리적·화학적 성질을 갖는 물질)를 합성했다. 모바일 야마토3 이를 페로브스카이트 계면에 적용한 결과, 메타 위치에 연결된 ‘LY-m’ 분자가 가장 뛰어난 특성을 보였다. LY-m 분자는 투명전극 기판 위에 기울어진 형태로 촘촘하고 균일한 막을 형성해 세 이성질체 중 가장 큰 결합 에너지를 보이는 동시에 결함을 최소화하는 경향을 나타냈다. 실제 역구조 페로브스카이트 태양전지 소자에 적용한 결과, LY-m은 최고 광전변환효율 26.39%라는 초고효율을 달성했다. 특히 영하 100도와 영상 100도를 각각 30분씩 반복하는 극한 열순환 시험에서 LY-m 소자는 초기 효율의 9%만 감소되고 정상 작동했다. 기존 상용 소재는 작동을 멈춰 대조적인 모습을 보였다. 양창덕 교수는 “태양전지 성능을 빛을 흡수하는 소재뿐 아니라 각 층이 맞닿는 계면의 완성도에도 크게 좌우된다”며 “분자 수준의 정교한 설계를 통해 효율과 안정성을 동시에 높일 수 있는 태양전지 개발에 기여할 것”이라고 말했다. 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄’ 지난달 3일 온라인에 실렸다. 자기조립단분자막(