페로브스카이트 태양전지의 양지와 음지

전문가 제언

○ 고비용 실리콘 태양전지 대체를 위한 경제적 박막태양전지의 여러 기술이 개발되고 있다. 아직 독성이나 희귀재료가 포함되지 않은 유망기술은 개발되지 않았지만 2009년 개발이 시작된 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 2014년 단일접합에서 한국화학연구원이 공인받은 변환효율 기록이 17.9%이고 싱가포르의 미공인 효율 19.3%와 함께 20%에 근접하고 있다. 이제 실리콘 태양전지의 대체까지 꿈꿀 수 있게 하고 있다.

 

○ 유기금속 할라이드 페로브스카이트(화학식 ABX3로 표기)는 광흡수계수가 높고 전하이동도가 높으며 유기성분이 포함되어 스핀코팅 등의 가공성이 우수하고 전기전자/광학특성 등이 우수하여 기적의 재료라는 평을 듣고 있다. 상기 화학식에서 A는 1가의 유기계 이온으로 통상 메틸암모늄 이온이지만 포름아미디늄 이온도 사용된다. B는 2가의 금속 양이온으로 보통 Pb가 주를 이루지만 Sn도 사용된다. X는 1가의 할로겐계 음이온으로 요오드가 주를 이루지만 브롬이나 염소도 사용된다.

 

○ PSC는 2009년 염료감응 태양전지(DSSC)에서 감응제인 염료를 광 흡수영역 확장을 위하여 CH3NH3PbI3로 대체한 것인데 초기에 DSSC의 액체전해질은 극성용매이므로 페로브스카이트가 이에 접촉 시 용해되어 사용불가에 가까운 판정을 받았었다. 2012년 성균관대 박남규교수 등이 유기계 고체정공 수송물질로 액체전해질을 대체하여 PSC를 살렸다.

 

○ 2014년 7월경 Web of Science의 학술논문 분석에 의하면 최다 인용논문 10편 중 5편이 한국논문이고 특허는 한국화학연구원이 압도적인 세계 최다 출원사이다. PSC의 제조비용은 미국 MIT와 에너지부(DOE)가 화석연료 발전비용의 약 반이하로 추정하고 있다. 그러나 DOE가 기존 실리콘 태양전지의 발전단가를 2017년 1$/W의 목표로 절감을 추진 중에 있고 후발국의 추격이 놀라워 국가의 파격적 지원이 필요하다.

 

○ 이 글은 DSSC의 중흥개발자이며 PSC개발의 세계적 대부인 Michael Graetzel 교수의 은퇴에 즈음한 PSC 상용화에 대비한 여러 의문을 풀어주는 귀중한 요약설명이다. 국가의 에너지는 국방정책에 맞먹는 기간정책이므로 PSC개발 지원은 안보적 차원에서 다루어야 할 것이다.

저자

Michael Graetzel

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2014

권(호)

13()

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

838~842

분석자

변*호

분석물

• 페로브스카이트 태양전지의 양지와 음지.pdf [410,818 byte]

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