유기금속 페로브스카이트 태양전지 안정성 연구의 진전

전문가 제언

○ 하이브리드 유기금속할로겐화물 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 등장 5년 후 변환효율 20.1 %를 보여, 차세대 태양전지로 기대되고 있다. 그러나 PSC는 수분, 산소 그리고 고온(일례: 80℃) 분위기에서 안정성이 부족하여 미래 실용화에 장애가 되고 있다. 이에 상용화를 위한 안정성 향상(수명 25년)이 집중 연구되고 있다.

 

○ 페로브스카이트 재료 및 이 디바이스 열화 발생의 여러 인자 그리고 이의 해결을 위한 연구가 속속 보고되고 있다. 이 글은 이들을 페로브스카이트 재료 및 디바이스의 두 국면으로 분리하여 체계적으로 요약한 내용을 소개하고 있다.

 

○ 페로브스카이트 재료 안정성에 영향을 주는 인자로는 물의 영향이 첫째이다. 이 단결정 재료는 PSC 제조 시 상대습도(RH) 30 % 미만에 노출되면 모폴로지 향상으로 유익하지만 높은 RH는 열화를 일으켜 불활성가스 분위기 내 글로브박스 이용과 캡슐화가 이용된다. 조성의 영향에선 입방정 브롬화물 MAPbBr3(MA=메틸암모늄)가 정방정 요오드화물 MAPbI3보다 조밀하여 안정성이 높다. MAPb(I1-xBrx)3(x=0.2)(3 쪽)의 좋은 예가 있다.

○ PSC 소자의 안정성에 영향을 주는 인자 중엔 PSC 제법이 첫째이다. 블레이드 코팅이 스핀 코팅보다 유익한데 큰 결정과 균일한 덮임률 덕이고 후자는 공기에 노출되는 열화와 관련 있다. 안정성 향상을 위한 대책 중 SWCNT 활용 HTM이 수분과 산소 차단으로 유익하다(6 쪽).

 

○ 안정성 향상의 근본 대책으로 작동 온도 범위에 상변환이 없는 100 % 브롬화물(양자점 포함) 이용 및 MA를 안정된 무기 세슘으로 대체한 재료 기반 PSC 연구가 더 늦기 전에 한국에서 개시되기 바란다. 한국은 성균관대, KRICT, 경희대 등의 MAPbI3 기반 PSC 연구 실적이 톱이다. 그러나 세계가 몰두하는 CsPbBr3 기반 PSC 연구는 안 해 위기감이 든다.2016년 Kulbak 등은 ①MAPbBr3와 ②CsPbBr3 기반 셀의 2 주일간 노화 비교시험을 RH 60~70 %의 주변대기에서 행한 결과 ①셀의 평균손실은 ~85 %이었으나, ②셀의 손실은 거의 없었음을 보고했다.

저자

M. Shahbazi, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2016

권(호)

123()

잡지명

Solar Energy

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

74~87

분석자

변*호

분석물

• 유기금속 페로브스카이트 태양전지 안정성 연구의 진전.pdf [543,241 byte]

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