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유기-무기 페로브스카이트 태양전지의 현재 진전과 미래 전망

전문가 제언: ○ 높은 신뢰성과 안정성으로 태양전지 시장을 지배해 왔으나 고비용 문제가 있는 실리콘 태양전지 대체의 꿈이 실현될 희망이 보인다. 최근 광흡수성이 높은 유기/무기 납 할로겐화물(CH3NH3PbI3) 페로브스카이트 이온결정 용액을 염료감응태양전지(DSC)에서 염료 대신 메소다공성 TiO2에 흡착시킨 고효율 태양전지가 태양전지분야를 탈바꿈시키고 있다.

○ 2013년 7월 스위스의 J. Burschka 등은 페로브스카이트 흡광제를 순차적으로 증착한 고체상태 태양전지 셀에서 PCE(변환효율) 15%를 얻었다. 이는 2009년 태양전지 분야에 등장한 이래 4년만의 성공으로, PCE 12% 돌파에 고전하고 있는 타 기술들에 비해 혁신적이다. 2013년 9월 영국 Oxford대의 H. Snaith 팀은 페로브스카이트가 광흡수뿐만 아니라 전하수송에 충분히 높은 전기전도도가 있음을 밝혔다. 페로브스카이트 결정 내 두 전하의 확산길이가 OSC의 100배 이상임도 발견되었다.

○ 이에 이들은 DSC 구조에서의 페로브스카이트 흡착용 TiO2나 알루미나의 메소다공성 막 없이 박막의 평면형 이종접합구조로 PCE 15%를 달성하여 세계를 놀라게 했다. 전 세계는 매우 저렴한 페로브스카이트가 실리콘을 대체하고, PCE 20%를 금년 내에 보일 것으로 기대하고 있다.

○ 이 글에서 싱가포르 Nanyang 대학 등의 저자들은 페로브스카이트 태양전지 셀 구조 설계의 최적화와 PCE 극대화에는 아직 밝혀지지 않은 작동 메커니즘의 규명이 필요함을 설명하고 있다. 이들은 이 태양전지의 현재 기술수준을 확인하고 상업적 성공에 필요한 저비용 및 과학적 과제(독성, 안정성, 고효율)를 강조하여 이의 해결을 위한 방향도 제시하고 있다. 이들의 단기간 고성장의 체계적 고찰은 매우 유익하다.

○ DSC 구조의 페로브스카이트 태양전지가 2009년경 액체전해질에 의해 녹는 페로브스카이트로 인해 실패의 늪에 빠져 있을 때, 박남규 성균관대 교수팀이 고체전해질 이용 해법으로 PCE 9.6%를 얻은 후에 성공의 길로 들어선 것은 페로브스카이트 태양전지 역사에 길이 남을 쾌거이다. 국방산업 다음으로 세계적 페로브스카이트 태양전지 개발전쟁에 국가가 적극적으로 나서서 지원해야 될 시점이다.

저자: Pablo P. Boix et al
자료유형: 학술정보