미국 연구팀, 효율 16.19% 2D/3D 주석 페로브스카이트 전지 공기 안정성 기록 주장
pv magazine · · EnergyNews 요약
미국 톨레도대(UToledo) 연구팀이 납(Pb)을 쓰지 않는 주석(Sn) 기반 2D/3D 페로브스카이트 태양전지를 제작해 지금까지 보고된 것 중 가장 공기 안정성이 높다고 밝혔다. 연구팀은 페네틸암모늄(PEA)과 그 할로겐 유도체를 스페이서로 비교한 결과 4-클로로페네틸암모늄 요오드화물(4ClPEAI)이 가장 효과적이었다고 보고했다.
소자는 ITO 기판, PEDOT:PSS 정공수송층, 2D/3D 페로브스카이트 흡수층, ICBA 전자수송층, BCP 버퍼층, 은(Ag) 전극으로 구성됐으며, 스페이서 염을 5 mol% 첨가했다. 4ClPEAI 소자의 광전변환효율은 16.19%였고, 14개 소자 평균 효율은 대조군 10.34%에서 15.88%로 상승했으며 밴드갭은 약 1.44 eV를 유지했다.
건조 공기 중에서 1,600시간 이상 초기 효율의 95%를 유지했고, 55℃ 대기 중 연속 1-sun 조사 조건에서는 1,000시간 후 80%를 유지했다. 연구 결과는 'A chlorinated organic cation enables stable 2D/3D tin iodide perovskite photovoltaics' 제목으로 Nature Materials에 게재됐다.
이 글에 나온 용어
태양광 발전(PV)
photovoltaic
태양광 발전(PV)은 반도체로 만든 태양전지에 빛이 닿을 때 전자가 이동하면서 전기가 발생하는 광전효과를 이용해 햇빛을 직류 전기로 바꾸는 발전 방식이다. 태양의 열로 물을 끓여 터빈을 돌리는 태양열 발전과는 원리가 다르다. 발전 설비는 태양전지 셀을 모아 만든 모듈, 직류를 교류로 바꾸는 인버터, 계통 연계 설비로 구성된다. 연료가 필요 없고 기계적 회전 부품이 적어 운전이 단순하지만, 발전량이 일사량과 계절·시간·날씨에 따라 변한다는 점이 계통 운영에서 중요하게 다뤄진다. 실무에서는 설비용량(kW 또는 MW)과 실제 생산한 전력량(kWh 또는 MWh)을 구분해 관리하고, 두 값의 관계를 이용률로 표현한다.
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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