핀홀 없는 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈

전문가 제언

○ 최근 유기금속할라이드 페로브스카이트 기반의 태양전지가 등장하였으며 수년 사이에 전력변환효율(PCE) 20.1%를 인증 받아 실리콘 태양전지의 성능에 접근하였다. 그러나 최고치 PCE는 0.1평방센티미터 수준의 소 면적에서 인증 받은 것이므로 생산규모 확대가 가능한 증착기술로서 대면적의 핀홀 없는 균일 페로브스카이트 박막 제조가 필요하다.

 

○ 이 글은 일반 페로브스카이트 전구체인 PbCl2와 CH3NH3I에 PbCl2 이외에 Pb(CH3CO2)2？3H2O를 추가하여 한 단계 스핀코팅 후 130도×10분 열풀림(통상 100℃×1h)에 의해 핀홀 없는 고결정성 페로브스카이트 박막 제조를 설명하고 있다. 개구면적 4평방센티미터에서 지금까지 개구면적 최고 PCE 13.6%의 페로브스카이트 모듈이 실증되었다(활성면적 PCE 14.9%). 이 한 단계 제법은 생산규모 확대가 가능한 증착기술이므로 고효율 페로브스카이트 모듈의 대규모 생산을 가능케 할 것이다.

 

○ 핵심기술은 전구체 중 Pb 재료에 Pb(CH3CO2)2？3H2O의 추가인데 이 추가물은 결정화 속도를 10분 내로 향상하고 기존 PbCl2의 장점인 결정 낟알크기의 마이크로미터 수준을 유지하여 각각의 장점을 결합한 것이다. Pb 재료 혼합물 내 PbCl2의 최적 몰분율 20-30%가 발견되었는데 이 때 최대 결정 크기, 핀홀 제거, 최우수 셀 성능을 보였다.

 

○ 이 글에선 핀홀의 제거를 위한 Pb 재료 개선을 주로 소개하고 있지만 용매 역할에 대한 언급은 없다. Pb 성분 원료에서는 용매의 용해도가 중요하다. 또한 고성능에는 다결정이나 미세결정보다 단결정이 필요한데 mm(통상 nm) 수준의 단결정이 페로브스카이트에서 보고되고 있고 2인치의 결정 크기도 보였다. 낟알 경계는 많은 재결합으로 전자 트랩상태를 만들어 전자-전압 측정 시의 히스테리시스와 PV 성능 저하를 일으킨다. 최근 이의 단결정은 트랩 밀도가 낮아 단결정 실리콘 수준이다.

 

○ 우리나라에서도 한국화학연구원(석상일, 노준홍 등)이 가장 먼저 페로브스카이트에서 용매(DMSO 등)공학을 최대한 활용하였고 성균관대의 박 남규는 결정 안정성을 연구한 것으로 유명하다. 국내연구에서도 단결정 성장 연구에서 좋은 결과가 있기를 기대한다.

저자

W. Qiu, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2016

권(호)

9()

잡지명

Energy and Environmental Science

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

484~489

분석자

변*호

분석물

• 핀홀 없는 고효율 페로브스카이트 태양전지 모듈.pdf [504,640 byte]

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