페로브스카이트 태양전지

페로브스카이트는 결정 종류에 따라 여러 흥미로운 특징이 있 어서 꽤 연구가 됐는데, 압전효과도 한 가지 예다. 압전효과는 결 정에 힘을 줄 경우 전기가 생기는 현상으로 결정내부 구조의 유 동성 때문에 발생한다. 즉 페로브스카이트 결정이 외부 힘을 받 으면 격자가 변형되면서 중심에 있는 작은 양이온이 움직이고 그 결과 전하가 치우쳐 전기가 발생한다.
현재 태양전지의 85%가 단결정 실리콘 재질이다. 20%에 이르는 높은 에너지변환율과 20년이 넘는 수명이 장점이지 만 단결정 실리콘을 만드는 비용이 여전히 높다. 따라서 과 학자들은 효율이 더 높고(최소한 비슷하고) 더 싸게 만들 수 있는 태양전지 소재를 목표로 연구개발을 진행해왔다. 그러나 두마리의 토끼를 다잡을 수는 없었다. 그래서 특화된 지역에 실리콘을 대체하는 상황이다
2012년 고체전 해질을 사용하고 에너지변환효율이 10%에 가까운 페로브 스카이트 태양전지를 만드는데 성공했다. 이듬해 그라첼 교 수팀은 금속산화물 표면에 페로브스카이트 결정을 균일하 게 생성하는 방법을 개발해 15%에 가까운 변환효율을 얻었다. 그리고 영국 옥스퍼드대학교 물리학과 헨리 스네이스 교수팀은 페 로브스카이트 태양전지에 굳이 정교한 나노구조가 필요하 지 않다는 사실을 발견하고, 증기증착으로 필름형태의 결정 을 키워 만든 전지로 15%가 넘는 변환효율을 얻었다.
또한 페로브스카이트와 실리콘은 상호 보완적인 관계 가 될 수도 있다. 즉 최대 흡수를 보이는 파장대가 서로 다 르기 때문에 실리콘 패널에 페로브스카이트 결정을 코팅하 면 가시광선의 긴 파장(실리콘)과 짧은 파장(페로브스카이 트) 모두를 최대한 활용하는 셈이 된다. 이 경우 에너지변환 효율은 30%에 이를 것으로 보인다.
상용화되기 위해서는 풀어야할 숙제가 있 다. 먼저 안정성으로, 현재 결정은 수분이나 공기(산소)에 노출됐을 때 쉽게 손상되기 때문에 10년 이상 버틸 수 있는 새로운 조성을 찾는 연구가 남아있다. 또 현재 결정은 센티 미터 단위의 크기로 실리콘 패널처럼 미터 단위의 결정을 키우려면 새로운 공정을 개발해야 한다. 아울러 현재 결정 에 들어있는 납을 대체하는 것도 주요 과제다.

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