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Title [한국화학연구원] 페로브스카이트 태양전지를 보다 간편하게 만들 수 있는 전구물질 기술이전

□ 한국화학연구원은 페로브스카이트 태양전지를 만드는 데 필요한 여러 개의 물질을 하나로 조합해 기성품으로 판매할 수 있는 제조 기술을 기업체에 기술이전했다. 향후 페로브스카이트 태양전지 연구 및 제조 시장에 본 전구물질*이 독점적으로 상용화될 수 있을 것으로 기대된다. 
    * 페로브스카이트 태양전지의 재료가 되는 물질로, 최종 생성물 전 단계의 물질

□ 페로브스카이트 태양전지는 기판 위에 용액을 코팅해 비교적 쉽고 저렴하게 대량생산할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 페로브스카이트 태양전지를 제작하기 위해서는 두 종류 이상의 물질을 용매에 녹이는 과정을 거쳐야 한다*. 하지만 여러 물질을 직접 섞고 녹이는 과정이 번거롭고 계량에 오차도 생길 수 있어 세심한 주의가 필요하다. 또한 만들어진 용액에 불순물이 포함되어 있는 경우가 많은데, 이는 페로브스카이트 태양전지의 성능을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 
    * 포름아미디늄 아이오다이드(FAI (formamidinium iodide) 또는 메틸암모늄 아이오다이드(MAI, methylammonium iodide)와 요오드화 납(PbI2)을 용매인 다이메틸 술폭사이드(DMSO, DimethylSulfoxides)나 다이메틸 포름아마이드(DMF, Dimethylformamide)에 녹인다. 이 물질을 태양전지 기판 위에 코팅한 후 열을 가하면 페로브스카이트 구조(AMX3)를 가진 결정이 형성된다. 페로브스카이트 구조 AMX3 중 A는 양이온(+)을 띠는 유기물질, M은 2가 양이온(2+) 금속물질, X는 음이온(-)을 띠는 할로겐 원소를 뜻한다.

□ 화학연 전남중 박사 연구팀은 여러 과정을 단축시켜 간편하게 페로브스카이트 태양전지를 만들 수 있는 페로브스카이트 전 단계의 물질, 즉 전구물질을 개발했다. 이 전구물질은 사용하기 간편할 뿐만 아니라 불순물을 제거하는 정제 과정을 거치기 때문에 페로브스카이트 태양전지 성능을 높이는 데 도움을 준다.  

 ？ 연구팀은 페로브스카이트 용액에 비용매*를 첨가하면 고체 상태의 복합체가 형성된다는 사실을 발견했다. 고체 상태의 복합체가 형성되면 복합체 외에 용매에 포함되어 있는 불순물을 필터로 제거할 수 있다. 이렇게 정제 과정을 거친 페로브스카이트 전구물질은 순도가 높아 태양전지의 효율과 안정성을 높일 수 있다. 연구팀은 이 기술을 2014년 특허 출원 및 네이처 머트리얼즈(Nature Materials, IF=43.841) 논문에 게재했다.
    * 비용매 : 용질을 녹이지 않는 물질(용매: 용질을 녹여 용액을 만드는 물질. 소금물의 경우 소금이 용질이고 물이 용매다). 이 기술에서는 페로브스카이트 물질을 녹이지 않는 물질로서 톨루엔 등을 지칭한다.


□ 이 전구물질을 활용하지 않아도 누구나 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있지만, 연구팀이 특허를 낸 전구물질을 활용하면 전지를 간편하게 제작할 수 있고 성능도 높일 수 있다. 마치 직접 소스를 만들면 재료별 계량에 오차가 있을 수 있고 불순물도 섞여 맛과 효과가 매번 달라질 수 있는데, 특별한 처리를 거친 기성품 소스를 활용하면 누구나 간편하게 원하는 맛을 낼 수 있는 것과 마찬가지다. 

□ 연구팀은 2014년 국내 특허 출원 후 2019년까지 일본, 미국, 중국에 특허 등록을 마쳤다. 연구팀은 국내 반도체 전구물질 생산 기업 ㈜엘케이켐에 지난 7월 기술이전했으며, 향후 대량생산 연구 후 상용화에 착수할 계획이다. 현재 페로브스카이트 태양전지 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있고 향후 페로브스카이트 태양전지 상용화 및 관련 시장도 2026년까지 3조원으로 커질 것으로 예상된다.* 따라서 향후 전구물질이 국내는 물론 일본, 미국, 중국에서 독점적으로 상용화·유통될 수 있을 것으로 기대된다. 
       * 출처 : Market Watch Report, 2021년 4월 

□  연구책임자 전남중 박사는 “차세대 태양전지로 각광받고 있는 페로브스카이트 태양전지에서, 우리나라 전구물질 제품이 이 분야의 시장을 선점할 수 있도록 후속 연구에 심혈을 기울일 계획이다. 향후 일본 소재·부품· 장비 수입 제한 조치에 대응하기 위한 국내 소재산업 경쟁력 강화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

 ？ 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌연구실사업 및 글로벌프런티어연구개발사업 등 국가연구개발사업으로 수행됐다.
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국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
Source 한국화학연구원
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