무용매 공정 페로브스카이트-실리콘 탠덤 전지, 효율 27.3% 달성

pv magazine · 2026년 8월 28일 · EnergyNews 요약

독일 프라이부르크대와 프라운호퍼 ISE 연구진이 용매를 사용하지 않는 공정으로 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지를 제작했다. 페로브스카이트 층은 물리기상증착(PVD) 기반의 순차 증발로 형성했고, 정공수송층도 증발법으로 증착해 하부 계면의 용액 공정을 배제했다.

소자는 실리콘 이종접합(SHJ) 하부셀 위에 페로브스카이트 상부셀을 올린 모놀리식 2단자 구조로, EDAI 패시베이션층, C60 15nm 전자수송층, ALD SnOx 20nm, 스퍼터링 ITO 25nm, Ag 200nm 전극, MgF₂ 100nm로 구성됐다. 1cm² 소자는 표준 조건에서 광전변환효율 27.1%, 개방전압 1,903mV, 단락전류밀도 19.3mA/cm², 충전율 73.8%를 기록했고 질소 분위기 암소 보관 6,800시간 후 초기 효율의 97.06%를 유지했다.

인시추 XRD 분석 결과 텍스처링된 실리콘 기판이 평탄 기판보다 납-할라이드 전구체의 페로브스카이트 상 전환에 더 효과적이었으며, 열처리 중 할라이드 재분포가 관찰됐다. 연구 결과는 학술지 Joule에 게재됐다.

이 글에 나온 용어

페로브스카이트

perovskite

페로브스카이트는 ABX₃ 형태의 결정 구조를 가리키는 이름이며, 태양광 분야에서는 이 구조를 갖는 금속 할라이드 화합물을 광흡수층으로 쓰는 태양전지를 뜻한다. 용액을 바르거나 인쇄하는 저온 공정으로 박막을 만들 수 있어, 고온·고진공 공정이 필요한 결정질 실리콘과 제조 방식이 다르다. 조성을 바꿔 빛을 흡수하는 파장 대역(밴드갭)을 조절할 수 있다는 점이 특징이어서, 실리콘 셀 위에 페로브스카이트 셀을 올려 서로 다른 파장을 나눠 흡수하게 하는 탠덤 구조 연구가 활발하다. 이 방식은 단일 접합 셀의 이론적 효율 한계를 넘어설 수 있는 경로로 다뤄진다. 다만 수분·산소·열·자외선에 의한 열화와 대면적 균일 코팅이 상용화 단계에서 검증 대상이며, 내구성은 IEC 61215 같은 표준 시험 절차로 평가한다.

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