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KAIST, 페로브스카이트 태양전지 '효율-수명 딜레마' 해결...25.56% 효율 달성

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AI 핵심 요약

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  • KAIST 서장원 교수팀이 24일 2차원 보호막 기술 개발했다.
  • 페로브스카이트 태양전지 효율 25.56% 달성하고 안정성 높였다.
  • DJ 구조와 n값 제어로 효율·수명 딜레마 동시에 해결했다.

!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.

서장원 교수팀, 2D 보호막 설계 기술 소개
페로브스카이트 구조적 안정성 향상
상용화 위한 대면적 제조 공정 가능성 제시

[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 서장원 석좌교수 연구팀이 한국화학연구원과의 공동연구를 통해 페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 향상시키는 2차원 보호막 설계 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

태양전지 분야에서 오랫동안 풀지 못한 난제가 있었다. 효율을 높이면 수명이 짧아지고, 수명을 늘리면 효율이 떨어지는 '태양전지 딜레마'다. 이번 연구는 이 모순적인 문제를 동시에 해결했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀이 개발한 기술을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 전력변환효율 25.56%(공인 효율 25.59%)을 달성했으며, 고온·고습 환경과 지속적인 광 조사 조건에서도 높은 성능을 유지했다.

차세대 고효율 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지는 최근 효율이 빠르게 향상됐지만, 실제 작동 환경에서의 안정성 문제가 상용화의 주요 걸림돌로 지적돼 왔다. 고온·고습 환경이나 장시간 빛에 노출될 경우 성능이 저하되는 현상이 발생했기 때문이다. 기후 위기 대응과 에너지 전환 요구가 커지면서 태양광 발전의 효율 향상과 장기 신뢰성 확보는 더욱 중요한 과제로 떠올랐다.

페로브스카이트 태양전지의 효율과 장기 안정성을 동시에 향상시키는 2차원 보호막 설계 기술 개념도 [자료=한국과학기술원] 2026.03.24 biggerthanseoul@newspim.com

기존에는 3차원(3D) 페로브스카이트 결정 위에 2차원(2D) 층을 덧입히는 3D/2D 구조 전략이 사용돼 왔다. 이 방법은 태양전지 표면의 결함을 줄이고 안정성을 높이는 데 도움이 됐다. 그러나 2차원 층의 구조가 충분히 견고하지 않을 경우 시간이 지나면서 구조가 변형되거나 성능이 점차 저하될 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 구조적으로 더 안정적인 디온 재콥슨(Dion Jacobson, DJ) 구조의 2차원 페로브스카이트 보호막을 도입했다. DJ 구조는 페로브스카이트 층 사이를 유기 분자가 양쪽으로 단단히 연결해 구조적 안정성을 높이는 방식이다. 쉽게 말해 벽돌 사이를 더 강한 접착제로 묶어 구조가 쉽게 무너지지 않도록 한 것과 비슷한 원리다.

핵심 기술은 보호막 내부에서 페로브스카이트 층이 몇 겹으로 쌓였는지를 의미하는 'n값'을 정밀하게 제어하는 설계 전략이다. 연구팀은 열처리 조건을 조절해 2차원 보호막 내부에서 페로브스카이트 층이 쌓이는 구조를 원하는 방향으로 제어했다. 벽돌을 쌓은 뒤 접착제가 굳는 과정에서 온도와 시간을 조절하면 벽돌이 더 단단하고 정돈된 구조로 자리 잡게 되는 것과 같은 원리를 적용한 것이다.

그 결과 전하 이동이 더 원활해져 태양전지 효율이 향상됐으며, DJ 구조의 견고한 특성 덕분에 장기 안정성도 함께 개선됐다. 연구팀은 열처리 과정에서 서로 다른 물질이 만나는 계면에서 구조가 재배열되며 2차원 보호막의 내부 구조가 변화한다는 사실을 실험적으로 밝혀냈다. 이를 통해 보호막 구조를 조절할 수 있는 원리와 재현 가능한 공정 조건도 제시했다.

이 설계 전략을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 85℃·85% 상대습도(85% RH) 조건과 지속적인 광 조사 환경에서도 높은 수준의 성능을 유지했다. 연구팀은 이 기술을 대면적 모듈 제작에도 적용해 우수한 성능을 확인했으며, 향후 대면적 제조 기반 상용화 가능성을 제시했다.

서장원 석좌교수는 "효율을 높이면 수명이 줄고, 수명을 늘리면 효율이 떨어지는 기존의 난제를 표면 보호막의 구조 설계를 통해 동시에 해결할 수 있음을 보여준 연구"라며 "이 기술은 공정 조건 변화에도 비교적 안정적으로 작동해 상용화를 위한 대면적 제조 공정에도 도움이 될 수 있다"고 말했다.

biggerthanseoul@newspim.com

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[사진=뉴스핌 DB] -거소투표제도란 무엇인가 ▲몸이 불편해 투표소에 가서 투표할 수 없는 선거인 등을 위해 자신이 머무는 자택 등에서 우편으로 투표할 수 있도록 한 제도임. 거소투표를 하려면 거소투표신고를 해야 함. -이번 선거에서 유권자들은 몇 장의 투표용지를 받나 ▲시·도지사 선거, 교육감 선거, 구·시·군 장 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거, 지역구 구·시·군의원 선거, 비례대표 구·시·군의원 선거를 포함해 모두 7개 선거가 실시되므로 투표용지도 7장임. 다만 제주특별자치도, 세종특별자치시는 4장(시·도지사 선거, 교육감 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거)의 투표용지를 받음. 2026년 4월 30일까지 실시 사유가 확정된 재·보궐선거 지역의 선거인은 재·보궐선거 투표용지를 함께 받음. -본인 투표소 위치를 어떻게 확인할 수 있나 ▲구·시·군 선관위가 각 가정에 발송하는 투표안내문을 확인하면 됨. 지방자치단체의 '선거인명부 열람시스템'을 이용하거나 중앙선거관리위원회 홈페이지 투표소찾기 연결 서비스를 통해 투표소 위치를 확인할 수 있음. -투표하러 갈 때 준비해야 할 것은 ▲주민등록증, 공무원증, 여권, 운전면허증, 국가유공자증, 장애인등록증, 관공서 또는 공공기관이 발행한 사진이 첩부된 신분증 등 선거인 본인 여부를 확인할 수 있는 증명서나 서류가 필요함. 신분증의 모바일 신분증(앱 실행화면)으로도 본인 확인이 가능함. 다만 신분증 등을 사진 촬영하거나 화면 캡처 등을 통해 저장한 이미지 파일은 사용할 수 없음. 각 가정에 발송한 투표안내문에 선거인명부 등재 번호가 기재돼 있음. 등재번호를 확인하고 가시면 투표시간 단축할 수 있음. -선거권이 없는 자녀를 데리고 투표소에 갈 수 있나 ▲선거인은 초등학생 이하의 어린이와 함께 투표소 안에 출입할 수 있음. 다만 기표소 안에는 미취학 아동만 들어갈 수 있음. -신체에 장애가 있어 기표소에서 혼자 기표할 수 없는 경우 어떻게 투표하나 ▲시각장애인과 신체에 장애가 있어 혼자서 기표할 수 없는 선거인은 보조를 위해 그 가족 또는 본인이 지명한 2명을 동반할 수 있음. -거소투표신고를 한 사람은 선거일 투표소에서 투표할 수 없나 ▲거소투표신고를 한 선거인이 거소투표를 하지 않고 선거일에 해당 투표소의 투표관리관에게 거소투표용지와 회송용봉투를 반납하면 투표할 수 있음. 만약 거소투표용지에 기표가 돼 있으면 다시 투표할 수 없음. -기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 있나 ▲기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 없음. 이는 투표의 비밀을 보장하기 위해서임. 투표인증샷을 찍으시려면 투표소 입구 등에 설치한 포토존이나 투표소 표지판 등을 활용하면 됨. 22대 국회의원선거 사전투표가 시작된 2024년 4월 5일 인천 계양구 계양3동행정복지센터에 마련된 사전투표소에서 군인들이 투표를 하고 있다. [사진=뉴스핌 DB] -SNS에 투표인증샷을 게시할 때 유의해야 할 점은 ▲선거일에 기호를 나타내는 인증샷(엄지손가락, V자 표시 등)을 SNS에 게시할 수 있음. 다만 기표한 투표지를 촬영해 게시해서는 안됨. -선거여론조사 결과 공표가 제한되는 기간이 있나 ▲누구든지 선거일 전 6일(5월 28일)부터 선거일의 투표마감시각까지 선거에 관해 정당에 관한 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사(모의투표나 인기투표에 의한 경우 포함)의 경위와 그 결과를 공표하거나 인용해 보도할 수 없음. 다만 선거일 6일 전에 실시된 여론조사 결과는 공표·보도 요건을 준수해 언제든지 보도할 수 있음. -선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표 또는 보도하는 경우에는 선거여론조사기준으로 정한 12가지 사항을 함께 공표·보도하여야 함. 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사지역, 조사일자, 조사대상, 조사방법, 표본의 크기, 피조사자 선정방법, 응답률, 표본오차, 질문내용, 권고 무선 응답비율(무선전화 응답비율이 100분의 70에 미달한 때). 조사의뢰자(언론사 등)는 선거여론조사기관이 첫 공표·보도 전 여론조사 결과를 등록할 수 있도록 해당 여론조사 결과의 공표·보도 예정일시를 여론조사기관에 통보해야 함. 선거여론조사기관은 중앙여심위 홈페이지 등록내용을 의뢰자에게 공표·보도 전까지 통보해야 함. 누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도하는 경우에는 중앙여심위 홈페이지에 등록된 내용만 공표·보도해야 함. -이미 발표된 여론조사 결과를 인용해 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲이미 공표·보도된 여론조사 결과를 다시 인용해 공표·보도하는 경우에는 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사일자, 조사방법과 함께 '그 밖의 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조'라고 표기해야 함. oneway@newspim.com 2026-05-12 06:00
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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