방사선 관련 소재·물리화학 분야 성과
매일일보 = 이소현 기자 | 동국대 물리반도체과학부 류승윤 교수팀이 화순전남대학교병원 방사선종양학과 조신행 교수팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 (perovskite solar cells)의 응용을 위해 방사선 노출에 대한 연구 결과를 보고했다고 24일 밝혔다.
이러한 응용은 병원에서 사용되는 방사선량계(dosimeter)로 활용할 수 있는 기초 연구다. 해당 연구에서 특정 임계점을 넘으면 태양전지가 더 이상 정상적으로 작동하지 않음을 통해 노출량을 유추할 수 있음을 광학적 분석과 함께 제시했다.
연구 논문은 소재·물리화학 분야 저명 국제 학술지 'Journal of Physical Chemistry C (IF=4.17)' 2024년 1월 Cover로 선정돼 온라인 게재됐다. <Radiation Tolerance of Organohalide-Based Perovskite Solar Cells under 6 MeV Electron Beam Irradiation>이 논문 제목이다.
그간 기존 비정실 실리콘 (a-Si) 및 무기물 태양전지 (copper indium gallium selenide solar cells;CIGS)를 의료용 방사선 선량계로 적용하려는 시도는 있었다. 그러나 강한 방사선 내성을 가지는 페로브스카이트 태양전지의 활용은 연구되지 않았다. 이에 연구팀은 우주와 같은 극한 환경에서도 활용이 가능한지 검증하기 위해 선형입자가속기를 사용한 방사선 노출 실험을 진행했다.
이번 연구에서 최초로 페로브스카이트 태양전지에 6 MeV 전자빔을 조사해 극한환경을 모사했다. 병원에서 치료용으로 사용되는 방사선의 노출량은 약 1 fx / 50 Gy이나 그 수준을 높여 극한 수준의 노출량(3 kGy ~ 21 kGy)까지 검증을 진행했다. 특정 수준(15 kGy)에서 페로브스카이트 결정 내부에 결함(vacancy, antisite or distortion)이 발생하고 태양전지 성능이 저하됨을 제시했다.
연구팀은 광학적 분석과 시뮬레이션을 통해 페로브스카이트 결정 내부 결함에 대해서 교차검증했다. 페로브스카이트 태양전지의 극한 환경 활용이 가능함을 제시했다. 하지만 우주와 같은 극한 환경에 활용하기 위해서는 페로브스카이트 태양전지 자체의 안정성을 유지하기 위해 추가적 연구가 필요함을 보였다.
류승윤 교수는 "최근 여러 분야에서 융합 및 공동연구에 대한 필요성이 대두가 되고 있다. 각 분야에서 전문가들이 만나 더욱 기술이 첨예해질 수 있다고 생각한다"며 "조신행 교수 연구팀과 서로의 지식을 나누며 의료용 방사선량계와 우주와 같은 극한 환경에 적용할 기술을 연구할 수 있었다”고 말했다.
김상수 박사와 이창민 박사과정생은 "페로브스카이트 태양전지의 안정성이 아직은 좋지 않은 편이라 소자 제작과 분석에 어려움이 있었지만, 기존 태양전지에 비해 강한 방사성 내성을 가지는 페로브스카이트 특성상 태양전지의 극한환경 활용을 위한 연구의 초석을 세운다는 생각으로 연구를 진행했다"고 전했다.
