페로브스카이트-실리콘 태양전지, 세계 최초 30% 효율성 장벽 깨다 In a world first, perovskite-silicon solar cells break the 30% efficiency barrier
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*실리콘 태양전지 → 페로브스카이트 태양전지
현재 가장 많이 사용되는 실리콘 태양전지의 뒤를 이을 가장 유력한 차세대 후보로 꼽힌다. 현재 사용되는 태양전지는 1980년대 상용화된 실리콘 태양전지 방식이다. 하지만 실리콘 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 ‘광전환효율’이 20% 중반대에 그치는 한계가 있다. 제조에 수천 도의 높은 열이 필요하고, 제조 과정도 복잡하다.
스위스 로잔연방공과대(EPFL)
탠덤형 실리콘 페로브스카이트 태양전지 개발
종래 약 29%의 이론적인 효율 무너뜨려
저비용 소재 사용
실리콘 한계 뛰어넘은 기술 평가
스위스 로잔연방공과대(EPFL)의 태양광 발전 및 박막 전자 연구소는 유명한 혁신 센터인 CSEM과 협력하여 실리콘 페로브스카이트 태양 전지의 효율 기록을 깼다.
연구진이 저비용 소재를 사용해 처음으로 30%라는 대기록을 돌파하고 공인된 세계기록 2개를 세우며 실리콘의 한계를 뛰어넘은 기술이라는 점에서 의미가 크다.
"우리는 심리적 장벽을 넘었습니다"라고 EPFL 광전 연구소와 CSEM의 지속 가능한 에너지 센터의 책임자인 크리스토프 발리프는 보도 자료에서 설명했다. "Perovskite-on-silicon andems의 고효율 잠재력을 실험적으로 검증했다. 효율 30%는 이미 III-V 반도체와 같은 다른 종류의 재료로 달성되었다. 그러나 이러한 물질과 이를 만드는 데 사용되는 공정은 에너지 전환을 지속하기에는 너무 비쌌다. – 이 장치들은 실리콘 태양 전지보다 천 배나 더 비싸다."
그는 이어 "저렴한 재료와 공정을 이용해 30% 장벽을 극복할 수 있다는 것을 보여준 것은 우리의 결과가 처음이어서 PV의 미래에 대한 새로운 시각을 열어줘야 한다"고 덧붙였다.
한계를 깨고 넘어서는 것
태양 전지는 그것들이 어떤 물질로 만들어졌든 간에 한계로 묶여 있다. 오늘날, 실리콘은 태양 전지에 가장 널리 사용되는 물질이지만, 그것의 성공에도 불구하고, 그것은 약 29%의 이론적인 효율을 가지고 있기 때문에 그것의 단점을 가지고 있다. 이 기술의 현재 효율성은 27% 미만으로, 잠재적인 효율성 향상의 여지는 매우 작다.
이 장벽을 극복하기 위해, 과학자들은 실리콘에 더 많은 상보적인 태양전지를 추가했고, 그 결과 "탠덤" 태양전지가 탄생했다. 보도 자료는 태양의 고에너지 가시광선은 상단 셀에 흡수되고, 저에너지 적외선은 탠덤 후면의 실리콘 셀에 흡수된다고 설명한다. 할로겐화 페로브스카이트는 실리콘 단독보다 가시광선을 전력으로 더 효율적으로 전환할 수 있어 적절한 실리콘 파트너로 발견된 것으로 알려졌다. 또한 제조 비용이 크게 증가하지도 않는다.
최근 개발에서 EPFL과 CSEM 연구진은 두 가지 서로 다른 설계를 사용하여 효율이 높은 탠덤형 실리콘 페로브스카이트 태양전지를 개발 및 효율 향상에 성공했다.
황기철 콘페이퍼 에디터 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
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