UPDATED. 2020-05-29 17:15 (금)
KAIST, 26.7% 광변환 효율 갖는 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발
KAIST, 26.7% 광변환 효율 갖는 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발
  • 문상현 기자
  • 승인 2020.03.30 11:59
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

불안정하다고 알려진 큰 밴드갭 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질(Organic-Inoraganic Hybrid Perovskite)의 안정화 및 고효율화 하는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

또 이를 실리콘 태양전지와 적층해 고효율 탠덤(tandem) 태양전지를 구현하는데도 성공했다.

KAIST는 신소재공학과 신병하 교수와 김진영 서울대 교수, 김동회 세종대 교수, 카이 쥬 미국 국립재생에너지연구소 박사, 정희준 노스웨스턴 대 박사로 구성된 공동연구팀이 큰 밴드갭의 페로스카이트 물질을 개발하고 이를 적용한 26.7%의 광 변환 효율을 갖는 고효율 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 구현했다고 밝혔다.

이를 통해 향후 30% 이상의 초고효율 태양전지 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 신병하 교수(앞줄 왼쪽)와 공동연구팀원,
KAIST 신병하 교수(앞줄 왼쪽)와 공동연구팀원,

기존 단일 태양전지로는 약 30% 초반의 한계효율을 넘을 수 없다는 쇼클리-콰이저(Shockley-Queisser) 이론이 존재한다. 이에 단일 태양전지 효율의 한계를 극복하기 위해 연구자들이 2개 이상의 태양전지를 적층 형태로 연결하는 기술인 탠덤 태양전지 개발을 위해서 노력하고 있다.

하지만 탠덤 태양전지의 상부 셀(cell)로 적합한 큰 밴드갭(~1.7 eV)의 페로브스카이트는 빛, 수분, 산소 등의 외부 환경에 민감하게 반응하는 낮은 안정성 때문에 고품질의 소자를 합성할 수 없다는 한계가 존재했다.

연구팀은 새로운 음이온을 포함한 첨가제를 도입해 페로브스카이트 박막 내부에 형성되는 2차원 안정화 층(passivation layer)의 전기적·구조적 특성을 조절할 수 있다는 것을 밝혔고, 이를 통해 최고 수준의 큰 밴드 갭 태양전지 소자를 제작했다.

고해상도 투과전자현미경을 통한 2D 패시베이션 물질의 구조적 물성 분석
고해상도 투과전자현미경을 통한 2D 패시베이션 물질의 구조적 물성 분석

공동 연구팀은 더 나아가 개발한 페로브스카이트 물질을 상용화된 기술인 실리콘 태양전지에 적층해 탠덤 태양전지를 제작하는 데 성공했고, 최고 수준인 26.7%의 광 변환 효율을 달성했다.

이 기술은 향후 첨가제 도입법을 통한 반도체 소재의 2차원 안정화 기법에 대한 방향을 제시할 수 있으며, 유무기 하이브리드 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지, 발광 다이오드, 광 검출기와 같은 광전자 소자 분야에 응용될 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.

신병하 교수는 “페로브스카이트 태양전지 기술은 지난 10년간 눈부신 발전을 이뤄, 이제는 상용화를 고민해야 하는 시기”라며 “실리콘 태양전지와의 이종 접합 구조를 통한 고효율 달성은 페로브스카이트 태양전지 기술의 상용화를 앞당기는 데 도움이 될 것이다”고 말했다. 그는 “연구결과는 향후 30% 이상의 초고율 탠덤 태양전지 구현에 초석이 될 것이다”고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스(Science)’ 3월 26일 자 온라인판에 게재됐다.

페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 구조와 광변환 효율 특성
페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 구조와 광변환 효율 특성

 


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

  • 서울시 영등포구 여의서로 43 (여의도동 한서리버파크 빌딩) 916호
  • 대표전화 : 02-780-8101~2
  • 팩스 : 02-780-8103
  • 청소년보호책임자 : 윤 원창
  • 법인명 : 테크데일리 주식회사
  • 제호 : 테크데일리(TechDaily)
  • 등록번호 : 서울 아 05225
  • 등록일 : 2018-06-01
  • 발행일 : 2018-06-01
  • 발행인 : 문 창남
  • 편집인 : 윤 원창
  • 테크데일리(TechDaily) 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2020 테크데일리(TechDaily). All rights reserved. mail to news@techdaily.co.kr
ND소프트