세종대학교(총장 배덕효) 나노신소재공학과 김동회 교수 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 상업화의 주 걸림돌인 환경 규제를 해결할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이쳐 서스테인어빌리티(Nature Substantiality)’ 온라인 판에 지난 3일 게재됐다.
이번 연구는 세종대 이혜민 석사과정생, 성균관대 정현석 교수, 박소연 박사, 경북대 박지상 교수 등 공동 연구팀과 함께 했으며, 김동회 교수는 교신저자로 참여했다.
페로브스카이트 태양전지는 상업화된 박막형 태양전지의 한계로 여겨지던 25% 효율을 넘겨 상용화될 차세대 태양전지다. 페로브스카이트 태양전지는 중금속 물질인 납이 주요 원료로 사용돼 환경 규제에 취약하다는 문제점이 있다.
연구팀은 태양전지 재활용 과정에서 발생하는 납 폐기물 처리와 재활용 공정 개발에 집중했다. 연구팀은 납 이온을 흡착·제거하기 위해 도입한 친환경 소재인 수산화 아파타이트를 이용했다. 수산화 아파타이트와 철 나노 입자 복합체를 개발하여 미 환경보호청의 납 농도 기준치를 만족시킬 수 있는 납 성분 제거 효율을 달성했다.
또한 수산화 아파타이트가 pH에 따른 용해도에 극명한 차이가 있다는 점을 이용해 납 이온을 흡착한 수산화아파타이트에서 납 이온을 분리해 내어 99.97% 수율로 상용 PbI2와 유사한 PbI2를 재생산해냈다.
김동회 교수는 “최근 주목받고 있는 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 위한 해결책을 제시함과 더불어 양산 가능성까지 검증한 결과여서 의미가 남다르다고 생각한다”며 “이번 연구가 페로브스카이트 태양전지 상용화에 큰 도움이 되었으면 한다”고 말했다.
이번 연구는 알키미스트 프로젝트, 한국연구재단 기본연구사업, 국방과학연구소 미래도전기술사업, 글로벌 프론티어 사업, 자연모사혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
