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고효율 페로브스카이트 태양전지 개발

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  • 류준영 기자
  • 2014.09.10 12:00
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성균관大 박남규 교수 연구팀 주도…결정성장 기술 통한 태양전지 고효율화 실현

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마이크로미터에 가까운 큰 결정을 갖는 17% 고효율 페로브스카이트 태양전지 구조
성균관대 박남규 교수 연구팀이 고효율 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 10일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물을 말한다. 특히 패로브스카이트 결정구조를 나타내는 화학식 ABX3에서 A(양이온)에 유기물을 사용할 경우 태양전지 특성이 우수한 물질이 된다.

성균관대 박남규 교수/사진=성균관대
성균관대 박남규 교수/사진=성균관대
페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비해 효율성이 높고, 발전단가도 낮아 차세대 태양전지로 최근 중요성이 부각되고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 투명전도성 기판 위에 탄소와 질소로 이루어진 유기물 용액과 요오드 기반의 무기물 용액을 코팅해 매우 얇은 페로브스카이트 필름을 만든다.

이때 페로브스카이트 필름을 어떻게 만드는가에 따라 태양전지 성능이 달라진다.

빛을 매우 잘 흡수하고 전자를 많이 모을 수 있게 페로브스카이트 필름을 설계·제조하면 기본보다 많은 용량의 전기를 생산할 수 있다.

연구팀은 페로브스카이트 필름 제조 시, 유기물 농도를 크게 하면 페로브스카이트 결정이 작아지고, 반대로 유기물 농도를 줄이면 페로브스카이트 결정이 크게 성장하는 것을 발견했다.

또 큰 결정이 작은 결정에 비해 빛을 이용하는 특성도 우수하고 빛에 의해 생성된 전자를 효율적으로 추출할 수 있는 능력을 가진다는 것을 분광학적 분석을 통해 발견했다.

연구팀은 페로브스카이트 결정을 크게 성장시키는 기술을 활용해 광전류 21.64mA/cm2, 광전압 1.056V인 17.01%의 고효율 태양전지 개발에 성공했다.

평균효율의 표준편차가 0.4% 이하로 공정 재현성도 우수해 양산화에도 바로 적용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이번 연구성과는 지난달 31일 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판과 미국 MIT 공대에서 발간하는 MIT 테크놀로지 리뷰에서 소개됐다.



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