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차세대에너지연구소
강홍규 책임연구원
062-715-2341
저온 공정에도 안정성과 효율 높인
유연 페로브스카이트 태양전지 개발
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전자수송층 개질로 페로브스카이트 태양전지의 고온 열처리 문제 해결… 
저온 공정에도 균일한 박막 형성과 결함 제어가 가능해 다양한 광전소자에 
응용 가능
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유연 플라스틱 기판에도 적용할 수 있어 상용화 기대… 물리학 및 응용 분야 
저명 국제학술지「Small」게재
□ 국내 연구진이 저온 공정에서도 높은 효율과 안정성을 확보한 차세대 
태양전지 제조 기술을 개발했다.
  ∘ 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 차세대에너지연구소 강홍규 책임
연구원·장수영 연구교수·이광희 교수 연구팀이 저온 공정에도 
17.48%의 효율과 광 안정성이 현저히 개선(360분 동안 출력감소율 기
존 45%→ 5%)된 유연한 페로브스카이트 태양전지 제작 기술을 개발
다고 밝혔다.
□ 페로브스카이트 전자수송층*으로 주로 사용되는 주석산화물(SnO2)은 일
반적으로 150도 이상의 고온에서 열처리되지만 이는 유연 투명전극으
로 주로 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET·합성수지)에 열적 
수축과 같은 악영향을 준다.
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  ∘ 연구팀은 고온 열처리 문제를 해결하기 위해 나프탈렌 디이미드
(naphthalene diimide) 물질을 도입하여 저온 공정에서도 균일한 전자
수송층 박막을 형성하였다.
    * 전자수송층(electron transport layer): 활성층(active layer)에서 여기된 전자가 전극
으로 잘 수송되도록 중간에 삽입하는 층
□ 개질된 전자수송층을 기반으로 한 유연 페로브스카이트 태양전지는 
17.48%의 효율을 나타냈으며, 이는 지금까지 보고된 인듐주석산화물
(ITO)*이 포함되지 않은 유연 투명전극 필름 가운데 저온 공정으로 제
작된 페로브스카이트 태양전지 중 가장 높은 효율이라고 연구팀은 설
명했다.
  ∘ 인듐주석산화물은 높은 희소성으로 유연 페로브스카이트 태양전지 상
용화에 걸림돌이 되고 있으며, 물질의 고유한 취성으로 인해 반복적 
굽힘, 열응력에 의한 균열이 발생하기 쉽기 때문에 인듐주석산화물이 
포함되지 않는 유연 투명전극의 개발은 중요한 의미를 가진다.
    * 인듐주석산화물(ITO): 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 전자산업에 폭넓게 이용
되는 투명전극.
 연구팀은 개질된 주석산화물(SnO2)는 전자수송층과 페로브스카이트층 
사이의 결함을 줄이고, 비발광재결합*을 억제함으로써 페로브스카이트 
태양전지의 효율을 향상시켰다.
   ∘ 그 결과 최대 출력 상태 기준으로 측정한 출력이 기존의 SnO2를 사
용한 경우에는 주변 공기 환경에서 360분 동안 초기 출력 대비 45% 
감소한 반면, 개질된 SnO2를 사용한 경우에는 초기 출력 대비 5%만 
감소하여 광 안정성*이 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다.
   ∘ 광 안정성은 태양광 시뮬레이터를 사용하여 태양광 환경에 노출시켰
을 때, 초기 출력 대비 감소율을 통해 태양전지의 수명을 확인할 수 
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있어 태양전지의 상용화를 결정하는 데 중요한 지표로 활용된다.
     * 비발광재결합: 여기된 전자와 정공이 각 전극쪽으로 이동하지 못하고 소자 내에 
존재하는 결함 등으로 인해 빛을 내지 않고 재결합하는 것을 의미.
□ 특히 이번 연구는 GIST가 국내 최초로 원천기술을 개발해 원스(주)에 
기술이전하고, 원스(주)에서 엠에스웨이(주)로 전용실시권을 부여하여 
양산화에 성공한 ‘유연 투명전극 제조 기술’을 적용한 산학협력의 
성과여서 그 의미가 크다.
  ∘ 엠에스웨이(주)는 GIST가 원스(주)에 기술이전한 국내 생산이 불가능해 
전량 해외 수입에 의존하던 인듐 기반 투명전극을 대체할 수 있는 기
을 전용실시권으로 받아 업계 최초로 유연 투명전극 필름을 국산화
하고 양산화하여 국내·외 여러 기관들에 납품하고 있다.
□ 강홍규 책임연구원은 “유연 페로브스카이트 태양전지 개발에 큰 걸림
돌인 고온 공정 문제를 해결할 뿐 아니라 저온 공정을 통해 높은 에너
지 변환 효율을 갖는 ITO-free 유연 페로브스카이트 태양전지를 개발
했다는 데 의의가 있다”며 “향후 페로브스카이트 기반 유연 태양전
지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
□ 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 기후변화
대응기술개발사업, 중견연구사업, 광주과학기술원 차세대에너지연구소 
기관고유사업의 지원을 받아 수행되었으며, 물리학 및 응용분야 JCR 
상위 7.26% 논문인‘스몰(Small)’에 2024년 7월 15일 온라인으로 게재
되었다.  <끝>
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사 진 설 명
[사진] (왼쪽부터) 강홍규 책임연구원, 장수영 연구교수, 이광희 교수, 조일욱 
박사(제1저자)
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그 림 설 명
[그림1] ITO-free 유연 페로브스카이트 태양전지 사진과 효율 그래프 : 
나프탈렌 디이미드 물질로 개질된 SnO2를 사용하여 기존 150도 고온 공정이 
아닌 100도 저온 공정으로 제작된 유연 페로브스카이트 태양전지 효율 그래프임
[그림2] 개질되지 않은 SnO2와 개질된 SnO2의 주변 공기 환경 조건에서 태양전지 
안정성 비교 그래프 : 태양광 시뮬레이터를 통해 각 태양전지의 최대 출력 상태에
서 초기 효율 대비 효율 감소율을 나타내며, 개질되지 않은 SnO2의 경우 약 
45% 감소한 반면, 나프탈렌 디이미드 물질로 개질된 SnO2의 경우 약 5% 감소로 
광안정성이 개선된 것을 확인할 수 있음
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논문의 주요 내용
1. 논문명, 저자정보
 - 저널명 : Small (2023 JCR 상위 7.0%, Impact Factor: 13.0)
 - 논문명 : Naphthalene Diimide-Modified SnO2 Enableng Low-Temperature 
Processing for Efficient ITO-Free Flexible Perovskite Solar Cells
 - 저자 정보 : 조일욱(GIST 차세대에너지연구소, 강원대학교, 제1저자), 
김가연(GIST 차세대에너지연구소), 김상조(GIST 
차세대에너지연구소), 이유준(GIST 히거신소재연구센터), 
오재원(강원대학교), 류미이(강원대학교), 이진호(인천대학교), 
이민수(엠에스웨이(주)), 장수영(GIST 차세대에너지연구소, 공동 
교신저자), 이광희(GIST 히거신소재연구센터, 신소재공학과, 공동 
교신저자), 강홍규(차세대에너지연구소, 대표 교신저자)