페로브스카이트 태양전지의 세청 공정 전후 모습. 광 흡수층이 제거되면서 투명한 기판이 드러났다. 전극에 사용했던 금도 수거가 가능한 형태로 용매 속에 가라앉아 있다. - 성균관대 제공

국내 연구진이 수명이 다한 페로브스카이트 태양전지를 간단히 씻어서 재활용할 수 있는 방법을 개발했다.

 
정현석 성균관대 신소재공학과 교수팀은 상온에서 안전하고 효율적으로 수행할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 재활용 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.
 

페로브스카이트 태양전지는 광 흡수층의 흡광도가 뛰어나 500㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 이하의 두께에서도 광전환효율이 22%에 이른다. 같은 두께의 실리콘 태양전지를 뛰어넘는 효율을 자랑할 뿐 아니라 고압·고온의 값비싼 공정도 필요 없어서 주목을 받고 있다.

하지만 수명이 다한 페로브스카이트 태양전지는 폐기 과정에서 광 흡수층에 축적된 납(Pb) 성분이 인체와 환경에 악영향을 미칠 우려가 있고, 투명 전도층 등 페로브스카이트를 구성하는 소재가 금(金) 같은 귀금속 재료이라는 점 때문에 보급에 어려움이 있었다.

연구진은 폐기된 페로브스카이트 태양전지를 디메틸포름아마이드(DMF)와 같은 극성 비양자성 용매에 담가 이 문제를 해결했다. 이 과정에서 광 흡수층의 납 성분이 99.99% 이상 제거되면서 투명한 기판을 다시 얻을 수 있었다. 또 전극에 사용했던 금도 용매 속에 가라앉아 수거가 가능했다.

논문의 공동 제1 저자인 김병조 성균관대 신소재공학과 연구원은 “용액 처리 후 수초 이내에 투명한 기판이 드러났다”며  “극성 비양자성 용매가 페로브스카이트 광 흡수층의 뼈대를 형성하는 납과 잘 결합하기 때문”이라고 설명했다.

또 연구진은 세척 공정을 거친 투명 전도성 기판을 재활용해 태양전지를 제작했더니 새 태양전지와 동등한 수준의 성능을 보인다는 사실도 확인했다.

정 교수는 “페로브스카이트 태양전지의 환경적인 문제를 해결하고 경제성을 높일 수 있는 새로운 방안을 제시했다는 점에서 의의가 크다”고 밝혔다.

 
연구 결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 지난달 23일자에 게재됐다.(Dongascience)