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유기금속할로겐 화합물 페로브스카이트 태양전지의 유독성

전문가 제언: ○ 최근 유기금속 페로브스카이트 태양전지 기술이 등장하여 5년 만에 실험실 값이긴 하지만 실리콘 태양전지 수준에 근접한 변환효율 20%를 보이고 발전단가는 실리콘 태양전지의 수분의 일로 추정되고 있다. 여기서는 이 기술의 상용화에 대해 독성의 해결이 시급함을 기술하고 있다.

○ 페로브스카이트는 화학식 ABX3 부류의 유기금속할로겐 이온 결정성 화합물이다. 태양전지 경우 A가 CH3NH3+ 또는 HC(NH2)2+의 유기물과/또는 Cs+의 무기물이고 B는 Pb과 Sn이며 X는 I- 등의 할로겐원소이다. 이들은 높은 흡광계수/전하이동도 특성 등을 보인다. 시중 상품 CH3NH3X와 PbX2와의 용액가공이 가능하여 혁신적 저비용 기술이다.

○ 이 글은 페로브스카이트가 CdTe보다 지방과 물에 대한 용해도가 커서 쉽게 Pb나 Sn으로 분해될 수 있고 이들 분해물의 생체 이용율과 생물 건강에 대한 위험성이 매우 큼을 설명하고 있다. 또한 페로브스카이트는 Pb나 Sn의 중금속을 ~300㎎/㎡ 함유하지만 온건한 외부 환경(습기, 산소, 온도 상승)에 노출되어도 유해화합물(PbX2)로 분해되기 쉽고 이들은 태양전지 모듈의 구조적 파괴 시 환경으로 누출될 수 있다. 이 태양전지 생애주기평가(LCA)에서 단계별로 제조에서 폐기(재활용)까지 Pb/Sn에 의한 무서운 인체중독 반응과 치료법을 소개하고 있다.

○ 태양전지 시장 진출은 Pb 함유 셀이 최초가 될 것 같아 분해된 Pb나 Sn 화합물이 모듈 파괴 시에도 절대로 누출되지 않는 완전한 캡슐법이나 일체형 구조의 필요성이 강조되고 있다. CdTe에서처럼 태양전지 제조사의 폐기 모듈 제품 재활용 서비스가 필요하다. 자동차 폐기 배터리 유래 Pb가 태양전지용 고순도 PbI2 생산에 재활용 될 수 있음이 실증되었다. 강화유리 이용 캡슐화에서는 저자들이 소개한 모서리 밀봉용 고분자는 환경에 약하므로 융점이 낮아진 프리트 유리의 사용이 바람직하다.

○ 한국화학연구원, 성균관대, 경희대 팀은 습기, 온도, 공기 등 장기안정성 연구에서 세계적 성과를 내고 있으나 독성연구는 보이지 않는다. 이 기술의 세계적 개척자들인 이들의 연구결과가 후발국 중소기업보다는 국내 중소기업의 미래 먹거리 사업이 되도록 정부가 적극 나설 때이다.

저자: A. Babayigit, et al.
자료유형: 니즈학술정보