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  • 나노결정성 박막 태양전지등록일 : 2015/07/14
  • 페로브스카이트(perovskite) 기반의 태양전지의 효율은 지난 수 년 동안 크게 향상되었다. 그러나 성숙(maturity)이라는 측면에서 볼 때, 아직 극복해야 할 과제들이 남아있다. KIT(Karlsruhe Institute of Technology) 과학자들은 페로브스카이트 태양전지의 개발을 향상시킬 방법을 찾고 있다. 예를 들어, 특수한 박막(thin film) 공정을 통해 재료의 사용량과 원가를 절감할 수 있다. 다양한 분야의 과학자들로 이루어진 연구팀은, 향후 3년 동안 NanoSolar라는 프로젝트를 통해 새로운 광전지 소재의 생산을 위한 해법에 대한 연구를 수행하게 될 것이다.

    페로브스카이트 기반의 태양전지는 지난 수 년간 전례 없는 발전을 이루었다. 지난 5년 동안, 페로브스카이트 태양전지의 효율은 상당히 향상되었다. 반면, 태양 복사선의 20% 이상을 전력으로 전환할 수 있다. 박막 기술 덕택에 낮은 재료 원가 및 사용량의 절감은, 페로브스카이트 태양전지의 장래성을 밝혀주고 있다. 때문에 햇빛을 전력으로 전환하는 비용을 감소시킬 수 있다. 그러나 이 기술의 주요한 단점은 환경적으로 유해한 납이 페로브스카이트 결정을 생산하는데 사용된다는 점이다.

    연구팀은 비독성 재료를 활용할 수 있는 방안을 찾고자 하였다고 Alexander Colsmann 박사는 밝혔다. 그는 KIT 산하 광기술연구소(Light Technology Institute)의 Organic Photovoltaics Unit을 이끌고 있다. 물리학자들은 만약 지속가능하고 친환경적인 생산공정이 개발된다면, 페로브스카이트 태양전지가 대규모 전기 생산에 적합할 뿐만 아니라 전력공급의 다양화와 분산화라는 측면에 도움이 될 것이라고 강조하고 있다. 박막 태양전지는 매우 균질한 외관을 갖고 있기 때문에 외장재료(facade cladding)로도 적합하다.

    친환경적인 페로브스카이트 태양전지의 개발은 지속가능성을 위해서도 필요하지만 경제적 성공을 위한 주요한 전제조건이기도 하다고 연구팀은 강조하고 있다.

    “NanoSolar – Kontrollierte Abscheidung von Nanokristallen für Perowskit-Solarzellen(NanoSolar – Controlled Deposition of Nanocrystals for Perovskite Solar Cells)”라고 명명된 프로젝트는 Alexander Colsmann 박사가 이끄는 광기술연구소의 과학자들과 무기화학연구소의 과학자들에 의해 수행되고 있다. 여러 전문가들로 구성된 연구팀은 물리학자, 화학자, 재료과학자 및 공학자들로 구성되어 있다. 연구팀은 나노크기의 결정구조를 특수하게 조절하고 독창적이고 친환경적인 재료를 개발하며, 페로브스카이트의 생산 및 태양전지로의 집적화를 위한 공정을 개발할 계획이다.

    연구팀은 재료의 합성에서부터 태양전지의 기능화와 같은 실증 모듈(demonstrator module)에 관한 연구를 진행한다. 유기 태양전지와 유사하게, 페로브스카이트 태양전지는 인쇄 및 코팅 공정을 통해 제조된다. “NanoSolar”는 기초연구와 응용과학을 접목시키고 있다. 새로운 기술의 근간을 이해하기 위해, 과학자들은 재료의 구조와 성질 간의 상관관계에 대해 연구하고 최적화하게 된다.

    “NanoSolar” 프로젝트는 3년간 진행될 예정이며, "Funktionelle Oberflächen und Materialien für eine nachhaltige Energieversorgung” (Functional surfaces and materials for sustainable energy supply)라는 연구 프로그램에 따라 바덴뷔르템베르크 재단(Baden-Württemberg Foundation)으로부터 53만 유로를 지원받게 된다.

    그림> “NanoSolar” 프로젝트를 통해, KIT 과학자들은 페로브스카이트 광물로 가장 작은 결정을 고안하고 태양전지에 활용하고자 한다.

    Source: Karlsruhe Institute of Technology
  • 키워드 : 페로브스카이트, 태양전지, 박막
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑