증착 방식 올페로브스카이트 탠덤 태양전지의 밴드갭별 고체상 전환 경로 규명

arXiv 태양광 · 2026년 9월 17일 · EnergyNews 요약

연구진은 용매를 쓰지 않는 순차 열증착(sequential thermal evaporation, sTE) 공정으로 쌓은 광대역 밴드갭(wide-bandgap) 및 Sn-Pb 협대역 밴드갭(narrow-bandgap) 전구체 적층에서 고체상 전환(solid-state conversion) 과정을 시간 분할 비인시투(ex situ) 분석으로 추적했다. 광대역 밴드갭 적층에서는 포름아미디늄(formamidinium, FA) 함유 종이 무기 템플릿에 침투하고 Br/I 재분포가 3차원 페로브스카이트 형성보다 먼저 일어났으며, 최종 밴드갭은 명목상 PbBr₂/PbI₂ 비율이 아니라 PbBr₂의 절대 두께가 결정한다고 보고했다.

협대역 밴드갭 적층에서는 포름아미디늄 요다이드 증착 단계에서 Pb가 풍부한 페로브스카이트 상이 조기에 형성되어 하부 SnI₂로의 FA 침투가 제한되고, 이후 열처리에서 격자 재배열이 Sn/Pb 상호확산보다 빨라 수직 조성 구배가 남았다. 이 이해를 바탕으로 1.26~1.96 eV 범위의 sTE 흡수층을 구현하고, 증착 방식 올페로브스카이트 탠덤 전지로는 처음으로 전력변환효율 19.2%를 보고했으며, 봉지(encapsulated) 소자는 65 °C, 1,200시간(ISOS-D-2) 조건에서 초기 효율의 평균 80%를 유지했다.

다만 초록에 보고된 효율은 기존 용액공정 탠덤 대비 낮은 수준이며, 협대역 밴드갭 층의 수직 조성 구배가 남아 있는 점은 해결되지 않은 한계로 제시된다.

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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댐 수면을 활용한 수상태양광에 주민 참여·수익 공유 모델을 결합한 사례로, 지방정부·중앙부처·수자원공사가 함께 추진 의지를 밝힌 단계다.

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