[초점] ‘페로브스카이트 태양전지’는 태양광의 새로운 패러다임인가
[초점] ‘페로브스카이트 태양전지’는 태양광의 새로운 패러다임인가
  • 변국영 기자
  • bgy68@energydaily.co.kr
  • 승인 2019.04.09 18:26
  • 댓글 0
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10년 만에 23.3% 전력변환효율 달성… 낮은 단가·유연성 등 장점
실리콘과 조합하면 수년 내에 전력변환효율 28∼30% 달성 가능

[에너지데일리 변국영 기자] 중국이 장악한 태양전지 시장에서 국내 기술로 위기를 극복하기 위해 기존 실리콘이 아닌 새로운 태양전지 연구개발이 필요한 가운데 ‘페로브스카이트 태양전지(이하 PSC)의 잠재력에 관심이 모아지고 있다.

페로브스카이트는 저렴한 비용, 유연성 및 상대적으로 쉬운 제조 공정 방식으로 새로운 태양전지 재료로 큰 가능성을 보유하고 있다는 평가다.

지잔 2009년 일본에서 페로브스카이트 물질의 태양전지 활용 가능성을 발견한 이후 짧은 연구기간에 불구하고 높은 효율 향상을 보이고 있다.

실리콘 태양전지의 전력 변환효율은 지난 38년간 26.1%에 그친 반면 PCS는 약 10년만에 23.3%의 효율을 달성했다.

저온 용액공정(200℃ 이하)으로 인해 태양전지 생산비용이 낮아져 상용화를 위한 기술 개발이 활발할 것으로 예상되고 있다. 실리콘 태양전지의 전력변환효율은 셀 단가 와트당 0.5∼1달러 수준이지만 PSC는 약 0.3 달러 수준이다.

페로브스카이트 물질은 낮은 단가뿐만 아니라 유연성, 반투명, 경량화 등의 특징을 지니고 있어 태양광의 새로운 패러다임 기술로 급부상하고 있다. 지난 2016년 6월 세계경제포럼에서 PSC를 떠오르는 10대 기술로 선정했고 상용화에 가장 근접한 태양전지 기술로 평가했다.

PSC는 과거 실리콘 태양전지의 변환효율 수준에 미치지 못해 주목받지 못했지만 최근 세계최고 수준의 효율을 연이어 달성하고 있다.

PSC는 최대 흡수를 보이는 파장대가 실리콘과 다르기 때문에 실리콘과 조합한다면 수년 내에 전력변환효율 28∼30%를 달성할 것으로 기대를 모으고 있다.

PSC의 예상 상용화 시점인 2025년에는 전 세계적으로 약 115GW의 수요가 예상되며 2029년 PSC 누적 수요량은 약 673GW에 달할 것으로 예측되고 있다.

미국은 지잔 2014년 네브래스카 대학에서 페로브스카이트 박막 형성 시 용매 증기어닐링 기법을 최초로 도입해 페로브스카이트 효율 향상 결과를 발표했다. 스탠포드 대학에서는 지난 2016년 결정질 실리콘 태양전지와 2-터미널 탠덤형 PSC를 제작해 23.0%의 공인 효율을 달성했다.

유럽에서는 지난 2012년 영국 옥스퍼드 대학에서 TiO2기반 다공성 정구조 PSC의 10.9% 효율을 기록한 후 2013년 증기증착법을 활용해 15.4%의 효율을 구현했다. 스위스 로잔 공과대학에서 2013년 최초로 NREL 공인 효율 14.1% 발표 후 2016년 페로브스카이트 구조에 이온 도핑을 해 최대 21.6%의 효율을 달성했다.

일본은 2018년 도시바가 새로운 공법 개발을 통해 11.7%의 변환효율을 갖는 세계 최대크기(24.15x29.10)의 PSC 모듈을 개발했다.

중국은 남중국 공과대학에서 2014년 평판형 역구조의 전자 수송층에 아미노기가 포함된 공액고분자를 도입해 PSC 효율 15%를 달성했다. 중국과학원에서 NREL 공인 최고 효율인 23.3%를 달성했다.

국내에서는 성균관대에서 2011년 페로브스카이트를 태양전지에 광흡수체로 사용해 6.54%의 효율을 기록했으며 2012년에는 액체 전해질을 고체로 대체해 일부 안정성 문제를 해결함과 동시에 향상된 효율(9.7%)을 발표했다.

한국화학연구원에서는 2013년 다공성 정구조 PSC의 12.0% 효율을 달성한 후 지속적으로 NREL 공인 효율을 경신해 2016년 22.1% 효율을 달성했다.


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