우수한 안정성과 재현성을 가진 페로브스카이트 태양전지

  • 편집부
  • 2015-06-22 오전 10:43:01



페로브스카이트 태양전지(Perovskite solar cell)는 고효율을 가진 저렴한 차세대 태양전지에 유망하다. GREEN(Global Research Center for Environment and Energy based on Nanomaterials Science)과 NIMS의 연구진은 우수한 재현성과 안정성을 가지면서 이상적인 반도체 특성을 가진 페로브스카이트 태양전지를 개발하는데 성공했다.

할로겐화 납(Lead-halide) 기반의 페로브스카이트는 태양 전지 재료로서 6년 전부터 사용되었다. 페로브스카이트 태양전지는 스핀 코팅과 같은 저-온도 프로세스를 통해서 제조될 수 있기 때문에 저렴하고 고효율을 가진 차세대 태양전지로 유망하고, 높은 개회로 전압과 높은 광학적 흡수 때문에 대량의 전기를 생성할 수 있다. 이에 따라서, 페로브스카이트 태양전지에 대한 연구는 빠르게 진보하고 있다. 페로브스카이트의 반도체 특성을 확인하고 고효율 태

양전지 재료를 개발하기 위한 가이드라인을 공식화하기 위해서, 이번 연구진은 작년 10월에 “Perovskite PV Cells”라는 팀을 만들었다.
기존의 페로브스카이트 태양전지는 높은 전환 효율을 가졌지만, 전압 스위프의 방향에 따른 전류-전압 곡선의 히스테리시스(hysteresis)와 낮은 재현성 때문에 충분한 안전성을 가지지 못했다. 이런 이유로, 페로브스카이트의 반도체 특성은 확인되지 못했다. 이번 연구진은 재생산할 수 있고 안정적인 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 성공했다.

이번 연구진은 유기 태양전지를 위해서 개발된 기존의 제조 기술을 사용함으로써 습기와 산소를 제거하였고, 간단한 구조를 가진 페로브스카이트 태양전지를 만들었다. 이번 연구진은 페로브스카이트 태양전지가 안정적이고, 전류-전압 곡선에서 어떤 히스테리시스도 발견하지 못했다. 또한 이번 연구진은 페로브스카이트 태양전지 재료가 이상적인 다이오드 특성을 가진 뛰어난 반도체로서 활용될 수 있다는 것을 발견했다.

이번 연구진은 페로브스카이트 태양전지의 내부 저항을 분석함으로써 페로브스카이트의 반도체 특성을 설명할 수 있는 등가 회로 모델을 제안했다. 이 모델은 전하 전달 프로세스로 페로브스카이트 층 속의 전도대와 가전자대 사이의 불순물 준위(impurity level)를 알 수 있게 한다. 이런 전달 프로세스 때문에, 페로브스카이트 태양전지의 효율은 어느 정도 억제될 수 있다.

향후 연구에서, 이번 연구진은 불순물 준위의 원인과 태양전지에 대한 이것의 영향을 조사할 계획을 가지고 있다. 또한 이번 연구진은 불순물 준위를 제거하고 태양전지의 효율을 향상시키기를 원하고 있는데, 이것은 에너지와 환경 보호에 기여할 것이다. 
 
출처: KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

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