빛에 취약한 페로브스카이트 태양전지의 수명 향상 실마리
빛에 취약한 페로브스카이트 태양전지의 수명 향상 실마리
  • 함예솔
  • 승인 2020.03.20 21:15
  • 조회수 2515
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

요약

 

빛에 취약한 페로브스카이트 태양전지의 수명을 향상시킬 실마리를 찾았습니다. 연구팀은 표면 재결정화를 통해 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 제거했습니다. 덕분에 광 안정성을 높일 수 있었는데요. 이를 통해 빛과 열에 대한 안전성이 우수한 페로브 스카이트 태양전지를 구현했습니다. 

높은 에너지전환효율은 물론 저온의 용액공정으로 제작할 수 있어 가성비 좋은 차세대 태양전지 후보로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 낮은 광 안정성을 극복할 실마리가 나왔습니다. 광주과학기술원  김희주·이광희 교수 연구팀이 표면 재결정화를 통해 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 제거, 광안정성을 높일 수 있음을 확인했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Energy & Environmental Science>에 게재됐습니다. 

태양전지. 출처: pixabay
태양전지. 출처: pixabay

 

빛 흡수해 전기만드는 태양 전지, 빛에 약하다?!

 

태양 전지는 빛을 흡수해 전기로 만드는데요. 그런데 적장 태양전지에 쓰이는 핵심소재는 빛에 취약하다고 합니다. 페로브스카이트 태양전지는 상용 실리콘 태양전지에 버금가는 에너지전환효율에도 불구하고 빛이나 열, 공기, 수분에 취약해 상용화에 어려움을 겪고 있습니다. 

 

  • 페로브스카이트 태양전지

페로브스카이트 결정구조를 갖는 유기물과 금속의 혼합체 기반 박막형 태양전지, 빛을 잘 흡수하고 흡수할 수 있는 빛의 영역대가 넓습니다. 

기존에도 금속이온을 추가하거나 산화피막을 도입, 페로브스카이트 결정을 단단하게 만들어 안정성을 높이려는 시도가 있었습니다. 페로브스카이트 소자 자체가 안정성이 낮다는 전제 때문이었습니다. 하지만 연구팀은 페로브스카이트 자체의 안정성이 아닌 박막으로 제조하는 공정을 개선하는 데 집중했습니다. 태양전지 구동을 위해 빛을 쬐면 결정을 박막으로 만드는 과정에서 생겨난 결함들이 박막 표면으로 이동, 전극을 부식시키는 것 자체를 원천적으로 방지하고자 한 것입니다. 

 

유기물로 된 기능층 도입해 문제 해결

 

연구팀은 빛에 반응해 페로브스카이트 박막 표면으로 이동한 결함들을 흡착할 유기물로 된 기능층을 도입했습니다. 페로브스카이트 박막 위에 유기물층을 적층하고 고진공 상태에 보관하면 박막 표면의 결함들이 표면으로 이동하여 유기물층에 흡착되는데 이후 결함들을 모두 떠안은 유기물층을 씻어내는 방식입니다. 

페로브스카이트 박막의 표면 재결정 과정 모식도. 출처: 한국연구재단
페로브스카이트 박막의 표면 재결정 과정 모식도. 출처: 한국연구재단

이렇게 결함이 제거된 페로브스카이트 박막은 다시 새로운 유기물층과 전극을 연결하여 태양전지로 재사용하는 겁니다. 실제 결함이 제거된 페로브스카이트 박막으로 만든 태양전지는 1,000시간 동안 자외선이 포함된 태양광에 노출되거나 85℃의 열에 노출되어도 소자성능이 80% 이상 유지됐습니다.

페로브스카이트 태양전지의 성능(광안정성 및 열안정성) 변화 곡선. 출처: 한국연구재단
페로브스카이트 태양전지의 성능(광안정성 및 열안정성) 변화 곡선. 출처: 한국연구재단

페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌인 광안정성 문제를 해결할 수 있는 실마리를 찾아낸 이번 연구결과를 토대로 연구팀은 향후 페로브스카이트 표면의 결함을 빠르게 제거하는 양산화 기술에 대한 연구를 추진할 예정입니다. 


##참고자료##

  • Lee, Kwanghee, et al. "Highly stable inverted methylammonium lead tri-iodide perovskite solar cells achieved by surface re-crystallization." Energy & Environmental Science (2020).


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2020 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트