페로브스카이트 태양전지의 지속적인 성능저하 문제 해결에 대한 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-23

미국 네브래스카 대학교 링컨캠퍼스 엔지니어들이 태양전지의 성능, 안정성 그리고 평가에 방해되는 현상의 원인으로 알려진 유명한 태양전지 기술의 효율성을 2배로 개선하는 데 성공했다. 연구진들은 원자 구조체 형태와 이런 것을 특징으로 하는 일련의 물질 모두를 지칭하는 페로브스카이트(perovskite)로 제작된 태양전지에 연속적으로 발생하는 문제를 조사했다. 자연에 풍부하고 저렴한 물질인 페로브스카이트(perovskite)는 최근에 들어와 태양전지 제작회사와 연구진들 사이에서 상당한 관심을 받고 있다. 그런데 특정한 등급의 페로브스카이트(perovskite)에 기반을 둔 태양전지는 광전류 히스테리시스(photocurrent hysteresis)를 보인다. 이것은 광전류를 측정하기 위한 목적으로 태양전지에 전압의 양을 증감시킬 때 발생하는 바람직하지 않은 전기전도도 상의 변동을 말한다. 이 대학교 기계 및 재료공학과 조교수인 황 진송(Jinsong Huang) 교수가 이끄는 연구 그룹은 이 히스테리시스가 전자를 끌어들이는 트랩(traps)의 존재 때문에 발생하고 결과적으로 전류를 감소시킨다고 결정했다. 또한, 이 트랩(traps)은 페로브스카이트에 기반을 둔 장치의 수명을 감소시키고 이러한 장치가 태양광선을 전기로 얼마나 변환시키는지를 측정하는 것을 어렵게 한다고 황(Huang) 교수는 말했다. "이 현상은 효율성의 측정을 매우 어렵고 부정확하게 만든다. 또한, 실제로 해당 장치가 얼마나 효율적인가에 대한 잘못된 정보를 만들어낸다. 이것은 광전발전의 영역에서는 아주 중요한 문제인데, 그 이유는 1%의 효율성 증가도 엄청난 일이기 때문"이라고 황(Huang) 교수는 말했다. 황(Huang) 교수 연구팀은 추가로 그 트랩(traps) 현장을 식별했는데, 이것은 페로브스카이트의 표면과 그 기초를 형성하는 미세한 가루의 가장자리 경계면 사이에 위치한다. 이러한 정보를 가지고, 연구진들은 그들의 관심을 히스테리시스 문제를 해결하는 쪽으로 돌렸다. 그리고 해답이 예상했던 것보다 매우 단순하다는 사실을 발견했다. "태양전지 커뮤니티 사이에서는 이 히스테리시스를 어떻게 제거할 것인가에 대한 논쟁이 격하게 있었다. 이것을 매우 흥미롭게 만드는 것은 우리가 유기 태양전지 내에서 이미 자주 사용되는 분자 즉, 풀러렌(fullerenes)을 사용하여 이것을 이루어냈다는 사실"이라고 황(Huang) 교수는 말했다. 연구진들이 페로브스카이트에 박막 풀러렌 필름을 저장하고 제조했을 때, 그들은 그것이 많은 수의 트랩을 잘 막고 결과적으로 태양전지를 2배 이상 효율적으로 만든다는 사실을 발견했다. "우리는 어느 정도 효율성이 향상되기를 바랐지만, 2배까지 향상될 것이라고는 기대하지 않았다. 그리고 이 방법은 우리가 이용하기에 단순하고 원하는 사람은 누구나 복제할 수 있다"고 황(Huang) 교수는 말했다. 연구팀의 연구결과는 12월 15일 [Nature Communications]에 발표되었는데, 이 저널은 [Nature Publishing Group]이 생물학, 물리학 그리고 화학과학의 모든 분야에서의 연구를 다루는 복합학문 온라인 저널이다. http://phys.org/news/2014-12-persistent-solar-cell-issue.html?utm_source=menu&utm_medium=link&utm_campaign=item-menu