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기계연, 세계 최고 수준 효율·안전성 가진 태양전지 개발

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기계연, 세계 최고 수준 효율·안전성 가진 태양전지 개발

2021.03.17 11:37
페로브스카이트 양자점 태양전지…최대 1천시간 16% 효율 유지

페로브스카이트 양자점 태양전지…최대 1천시간 16% 효율 유지

 


한국기계연구원이 개발한 페로브스카이트 양자점 태양전지
 
[한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

세계 최고 수준의 효율과 안정성을 지닌 태양전지가 국내에서 개발됐다.

 

한국기계연구원은 나노응용역학연구실 심형철 선임연구원이 대기환경에서 최대 1천시간 동안 안정적으로 16% 효율을 유지하는 페로브스카이트 양자점 태양전지를 만드는 데 성공했다고 17일 밝혔다.

 

자외선·가시광선·적외선 등 태양광을 폭넓게 활용하는 태양전지 광흡수체를 만들려면 서로 다른 반도체 물질을 여러 층 쌓아야 한다.

 

차세대 태양전지 소재로 주목받는 양자점은 10㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 이하의 반도체성 결정 입자로, 크기를 조절하는 것만으로 반도체 물성을 바꿀 수 있어 다층 흡수체를 만드는 데 매우 유리하다.

 

기존 페로브스카이트 태양전지를 만들기 위해서는 기판 위에 페로브스카이트 전구체를 뿌린 뒤 섭씨 200도 이상 열처리 과정을 거쳐야 했지만, 양자점은 액체로 만들어 기판에 뿌리거나 바르기만 하면 된다.

 

연구팀은 세슘납요오드화물과 포름아미디니움으로 조성된 2중 박막 구조의 페로브스카이트 양자점 태양전지를 만들었다.


페로브스카이트 양자점 태양전지 2중 박막 성능
 
[한국기계연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

양자점 태양전지는 양이온을 둘러싼 리간드(중심 원자와 결합하는 분자나 이온)가 떨어져 나가고 교환하는 과정에서 결함이 생기는데, 연구팀은 포름아미디니움 이온이 그 결함을 스스로 복구하도록 설계해 기존 단일 박막 구조 광흡수체보다 더 오래 성능을 유지하게 했다.

 

태양전지 광흡수체를 열 공정 없이 용액 공정만으로 만들 수 있는 이 기술을 활용하면 제조단가가 크게 절감된다.

 

실리콘보다 가볍고 유연한 페로브스카이트 특성을 활용해 태양전지를 설치하기 어려운 험지에 전력을 보급하고 기존 실리콘 태양전지 위에 흡수체를 보강해 효율을 향상할 수도 있다.

 

심형철 선임연구원은 "후속 연구를 통해 태양전지 경제성을 더욱 높이고 우리나라의 탄소중립 목표 달성에 기여하겠다"고 말했다.

 

이번 연구성과는 최근 국제학술지 '미국화학회 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스'(ACS Applied Materials and Interfaces) 12권 51호에 소개됐다.

 

연합뉴스

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