김광수 특훈교수(국가과학자와)와 아타누 자나 박사는 물속에서도 안정한 페로브스카이트 물질을 만들었다.(사진 = UNIST 제공)
차세대 태양전지의 강력한 후보 물질이지만 물에 약한 단점이 있는 '페로브스카이트'. 이를 간단한 합성법으로 해결한 연구가 나왔다.
UNIST(울산과학기술원, 총장 정무영) 자연과학부 화학과 김광수 특훈교수 연구팀은 페로브스카이트 표면에 일종의 방수막을 만드는 합성법을 개발했다고 17일 밝혔다.
염기성 증기 확산법이라고 하는 이 합성법으로 만든 페로브스카이트는 6개월 이상 물속에 담가도 고유의 특성을 유지했다고 연구팀은 설명했다.
우선, 페로브스카이트로 합성할 재료(할로겐화 납)를 산성 용액(할로겐화 수소를 녹인 물)에 담는다.
이 재료는 염기성 용액(메틸아민)이 담긴 유리병에 넣고 뚜껑을 닫는다.
그러면 메틸아민이 증발하면서 자연스럽게 산성 용액 속 재료와 반응한다.
이때 페로브스카이트 물질이 생성되며, 표면에 수산화납으로 이뤄진 얇은 막이 형성된다.
내수성 페로브스카이트의 모습_물속에 담가도 자외선을 쪼이면 발광하는 특성을 유지한다.(사진 = UNIST 제공)
아타누 자나 박사는 "두 개 유리병에 각각 재료를 담아두고 10일 정도 두면 자연스럽게 수산화납 보호막을 가진 페로브스카이트가 합성된다"며 "수산화납은 안정적인 구조라 수분을 만나도 반응하지 않고 물질 내부로 물이 침투하지 않게 막는다"고 말했다.
수산화납 보호막을 가진 페로브스카이트는 습기에 강할 뿐 아니라 수명도 길었다.
실제로 이 페로브스카이트를 물속에 담가두고 특성을 관찰한 결과, 자외선을 받아 발광하는 페로브스카이트 본연의 특성은 6개월이 지나도 여전했다.
페로브스카이트의 최대 단점을 잡은 만큼 태양전지와 발광다이오드(LED) 등 산업적으로 적용할 날도 빨라질 것으로 연구팀은 기대했다.
이번 연구는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 에너지 분야의 국제학술지인 'ACS 에너지 레터(ACS Energy Letter)' 지난 8월 13일자에 게재된 후 2주 만에 8월 중 가장 많이 읽은 논문에 선정됐다.