페로브스카이트형 장점과 페로브스카이형 태양전지 미래동향

페로브스카이트형의 장점은 금속, 유기물, 할로겐족(불소, 염소, 브롬 등)이 결합되어 화합물결정구조를 형성한 물질로서 높은 광흡수성과 우수한 전하 이동능력을 기반으로 태양전지의 높은 광전변환효율*을 구현할 수 있는 차세대 소재로 급격하게 부상하고 있다. 또한, 실리콘 등의 기존 무기태양전지에 비해 물질 원가가 매우 저렴하고 용액공정이 가능하다는 장점이 있어, 페로브스카이트 태양전지는 단기간 안에 상업화가 가능할 것으로 전망되고 있다.
그리고 또한

     납대신 구리(Cu) 등 다른 금속을 조합함으로써 치밀하고 큰 결정크기와 높은 전기전도도를 가진 신규 소재를 개발했다. 연구팀에 따르면, 소재의 내구성과 재현성도 우수하다.

        

Pb가 Cu로 치환된 페로브스카이트 소재 박막의 결정립 향상 사진

해당 그림은 PEDOT:PSS와 용액분산 그래핀(MFGO) 위에서 페로브스카이트 전구체의 결정화 거동에 대한 모식도이다. 작은 이온들 간 이온결합으로 이뤄진 페로브스카이트 결정박막은 PEDOT:PSS와 같은 특정 전하를 띄는 표면보다 용액분산 그래핀과 같은 화학적으로 안정한 표면에서 우수한 결정성을 갖는다는 것을 밝혀냈다.

(a) 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈 구조 모식도와 실제 사진 이미지를 보여주고 있다. (b) 플라스틱 기판 위에 구현하여, 태양전지 모듈의 우수한 기계적 유연성을 확인 할 수 있다.

페로브스카이트 태양전지 미래 :

페로브스카이트 태양전지는 Sn, Bi 및 Sb 등의 물질을 중심으로 연구되 고 있다. 현재 Pb 기반의 페로브스카이트 태양전지보다는 효율이 낮게 보고되고 있지만, 향후 고효율의 새로운 소재 및 구조 개발 연구가 진행될 것으로 기대된다. 페로브스카이트 물질은 여러 조성을 통해 새로운 결정구조가 형성될 수 있으 며, 밴드갭을 자유롭게 제어할 수 있는 장점이 있다. 또한 페 로브스카이트 태양전지는 높은 개방 전압을 가지기 때문에 밴드갭이 낮은 실리콘이나 CIGS 등과 같은 상부 셀로 이용 될 경우 25% 이상의 광전변환 효율이 가능할 것이다.

그리고 또한 페로브스카이트 태양전지의 등장과 함께 급격한 효율 증 가를 보이고 있으며 현재 우리나라가 약 22.1%의 세계 최고 인증 효율을 보여주고 있다. 하지만 유독성 물질인 Pb을 함유하고 있어서 시급히 Pb 을 대체할 수 있는 소재 개발과 새로운 태양전지 구조 등 다 양한 개념으로 연구개발을 접근해야 할 것이다. 현재 Sn, Bi, Sb 친환경 소재를 사용하여 태양전지를 제작하고 있지만, 효 율이 상당히 떨어지는 편이다. 이러한 소재의 원천적인 특성 들을 먼저 파악한후 다양한 접근방법으로 고효율의 친환경 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있을 것이다