코어-쉘 금속 나노입자 사용에 의한 페로브스카이트 태양전지의 성능향상

전문가 제언

○ 오늘날의 저탄소시대는 염가의 친환경 신재생에너지 개발 열기로 바쁘다. 지금까지 50년 이상 봉사해온 실리콘 태양전지는 발전비용이 높아 경제적 박막태양전지를 비롯한 여러 기술이 등장하고 있다. 최근 유기-무기 하이브리드 페로브스카이트라는 재료 기반의 태양전지는 2년 만에 변환효율 15% 이상을 기록하였다. 원가는 화석연료 발전비용의 반이하라고 하여 수년 내 실리콘 태양전지 대체의 희망을 보이고 있다.

 

○ 페로브스카이트는 고흡광성 이온결정인데 티탄산칼슘과 같은 구조로 러시아 광물학자 페로브스키 이름에서 유래했고, 높은 전기전도도, 높은 전하이동도를 가진 것이 확인되었다. 초기에 염료감응태양전지 구조가 이용되었으나 액체전해질이 페로브스카이트를 용해하여 사용될 수 없었다. 2012년 한국의 박남규 교수 팀(스위스의 M. Graetzel 포함)이 액체전해질을 고체 유기 정공수송재료로 대체하여 문제를 해결하고 효율 9.6%를 달성하여 페로브스카이트가 100여년 만에 살아나게 되었다.

 

○ 페로브스카이트 태양전지는 이후 수많은 기술발전을 보여 혼합할로겐 재료의 개발, 전자수송 골격층의 변화, 정공수송재료의 다양한 발전, 정공수송재료의 생략, 평면형 설계의 등장, 용액가공 증착법, 전구체의 순차적 증착, 두 소스에 의한 기상증착 등은 한 예에 불과하다. 이 글은 박남규 교수 외에 세계적으로 페로브스카이트 태양전지 연구로 유명한 Snaith가 플라즈몬 효과를 적용한 새로운 연구를 소개하고 있다.

 

○ 메조다공성 알루미늄 골격층에 금속-유전체(Au@SiO2 나노입자)의 코어-쉘을 도입하여 효율을 10.7%로부터 11.4%로 향상시켰다. 이 향상은 플라즈몬 효과에 의한 전류증가 덕분이 아니고 고유전율 Au 금속에 의한 여기자 결합에너지 감소에 의한 전하분리 증가가 주요인으로 밝혀졌다. 금속입자 도입에 의한 여기자 분해 촉진기술의 금후 활용이 기대된다.

 

○ 페로브스카이트 태양전지 연구논문발표에서 한국의 성균관대학이 세계 4위 정도이고, 한국화학연구원은 정공수송재료의 정공이동도 향상을 위한 도핑 및 첨가제 발명 등의 기초연구로 공헌이 높다. 최근 세계 톱 변환효율 16.2%를 한국화학연구원이 달성하였다는 기사가 보인다.

저자

Wei Zhang et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

13()

잡지명

Nano Letters

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

4505~4510

분석자

변*호

분석물

• 코어-쉘 금속 나노입자 사용에 의한 페로브스카이트 태양전지의 성능향상.pdf [376,962 byte]

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