차세대 태양전지 = 페로브스카이트

 페로브스카이트 태양 전지(perovskite solar cell)는 태양 전지의 한 종류로, 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 광흡수층으로 사용하는 태양 전지이다. 납이나 주석을 중심 금속으로 하는 유-무기 할로젠화물이 주로 사용된다.

 

2020년 8월, 미국 정부는 차세대 페로브스카이트 태양전지 연구개발에 2000만달러(약 217억원)를 지원한다고 발표했다. 미국 에너지부(DOE)는 "페로브스카이트로 만든 태양전지는 성능이 뛰어나고 생산비용은 낮아 잠재력이 높다"며 "다만 페로브스카이트 태양전지가 경쟁력을 갖추려면 연구개발을 통해 지속성과 내구성을 확보해야 한다"며 지원 배경을 설명했다.

 

• 실리콘계 태양전지
  • 1세대 실리콘 태양전지, 실리콘계 결정형 태양전지, 태양 전지 효율 25%
  • 2세대 유기박막 태양전지, 실리콘계 박막형 태양전지, 갈륨, 인듐 사용, 태양 전지 효율 22.9%
• 화합물 반도체 태양전지
  • 3세대 페로브스카이트 태양전지, 페로브스카이트계 박막형 태양전지

미국 에너지정보국(EIA)에 따르면 발전효율(2017년 기준) 역시 원전은 92%에 달하는 반면 LNG 등 가스와 석탄은 약 55%, 풍력은 37%, 태양광은 22%에 불과하다.

 

태양전지의 발전효율을 태양 전지 효율이라고 하는데, 1세대 실리콘계 결정형 태양전지 위에 3세대 페로브스카이트계 박막형 태양전지를 붙이면, 효율이 올라간다. 여기에 집광형 태양 전지를 사용해 집중 조명(143배 집광)을 하면, 발전효율이 더욱 올라간다.

 

2019년, 태양 전지 효율의 세계 기록은 다중 접합 집광형 태양 전지를 사용하여 달성한 47.1%이며, 미국 콜로라도주 골든의 미국 국립재생에너지연구소가 개발한 것이다.

 

2020년 4월 14일 국제학술지 네이처 에너지(Nature Energy)에는 미국 재생에너지연구소(NREL)의 새로운 태양전지 개발 연구성과가 실렸다. 연구진이 개발한 태양전지는 집중 조명(143배 집광) 조건에서 47.1%의 효율을, 일반 조명 조건에서 39.2%의 효율을 기록했다. 이는 지금까지 보고된 여러 태양전지 중 가장 높은 기록이다.

 

MIT가 선정한 ‘2024 10대 혁신기술’ 중 하나인 ‘초고효율 태양전지’는 첨단 모빌리티, 드론, 우주 등 다양한 미래 산업의 전력원으로서 활용성이 크다.

 

https://www.fnnews.com/news/202503191446334888

페로브스카이트 태양전지 성능·내구성을 높였다

 

이 물질로 만든 페로브스카이트 태양전지는 이전에 만들었던 태양전지보다 13% 이상 효율이 개선된 25.16%의 광전 변환 효율을 기록했다. 또 안정성도 좋아져, 500시간 동안 강력한 태양빛에 노출하는 실험에서도 초기 효율의 93%를 유지하며 효율 저하가 거의 없었다.

 

http://www.kbsm.net/news/view.php?idx=461338

경북대 이상욱 교수팀, 고효율·고안정 페로브스카이트 탠덤 태양전지 기술 개발

 

와이드밴드갭 페로브스카이트 단일접합 태양전지는 세계 최고 수준의 효율을 기록했으며 페로브스카이트 이중접합 탠덤 태양전지의 효율은 국내 최고 수준에 달한다.

 

 

 

https://www.aitimes.com/news/articleView.html?idxno=163213

옥스포드 PV, 미국서 20% 향상된 탠덤 태양광 패널 상용화 - AI타임스

 

옥스포드 PV는 2014년부터 이 기술의 상용화 개발을 시작, 최근에는 전력 효율을 26.9%까지 끌어 올렸다. 특히 지난 2월에는 프라운호퍼 연구진과 25%를 돌파, 이 분야 세계 기록을 경신한 바 있다.
5일(현지시간) 미국 고객사에게 첫 배송을 시작으로 탠덤 태양광 기술의 상용화를 시작했다고 발표했다.

 

https://www.dongascience.com/news.php?idx=70291

 

 

유연하고 가벼운 특성을 가진 이 소재는 건물 외벽, 자동차 지붕, 유리창, 심지어 드론과 우주선에까지 다양하게 적용할 수 있습니다. 외벽과 창문으로 스스로 전기를 생산하는 건물, 연료없이 1년 동안 성층권을 비행하며 지구를 관측하는 드론을 상상해 볼 수 있습니다.

이것을 가능하기 위한 핵심 기술은 대량 제조 기술과 수명 확보 기술입니다. 

 

한국도 페로브스카이트 태양전지 상용화에 앞장서고 있는데요. 한화솔루션의 자회사 큐셀은 대면적 탠덤 셀에서 28.6%라는 세계 기록적 효율을 달성하며 기술 혁신을 주도하고 있습니다. 이러한 진보는 설치 면적과 설치에 필요한 비용을 줄이며 태양광 발전의 접근성을 높이고 있습니다.

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요약: 세상은 빠르게 변화한다. 빠르면 1~2년 내 태양전지가 상용화될 수도 있겠다..