물을 수소와 산소로 분리하기 위한 매우 효율적인 공정이 개발되다

새로운 물 분해 공정으로 안정적인 촉매와 고효율 페로브스카이트 태양전지를 결합해서 태양광을 쪼였을 때 물에서 수소 변환 효율 12.5%을 얻었다

효과적인 물 분해를 위해서는 충분한 속도로 충분한 반응이 진행되도록 물 분해 활성 에너지 장벽을 낮춰주는 촉매와 이 에너지 장벽을 극복할 수 있는 충분한 전압을 제공할 수 있는 태양전지가 필요하다.

Si 태양전지는 간접 밴드갭 반도체인 Si을 광흡수층로 이용하는데 광흡수가 비효율적이여서 광흡수층의 두께가 두꺼워야 한다. 그래서 용액으로 부터 광흡수층을 만들기 힘들어 웨이퍼로 만들수 밖에 없어 Si 태양전지를 제조하는데 비용이 많이 든다.

더우기, Si 태양전지의 Voc는 약 0.75 V가 한계여서 물 분해 공정을 위해 태양전지가 3~4 개가 직렬로 연결되어야 한다. 이것은 공정 효율을 낮추고 비용을 증가시킨다.(물전기분해를 위해 1.7 V 이상이 필요하다.)

페로브스카이트 물질은 직접 밴드갭 반도체이기 때문에 훨씬 더 효율적으로 광을 흡수할 수 있어 수 um 두께로도 광흡수층을 만들 수 있기 때문에 용액 공정으로 싸게 셀 제조가 가능하다. 

스위스의 과학자들은 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 태양전지 2개를 직렬로 연결해서 만든 물 분해 소자를 공개했다. 이 태양전지의 효율은 17.3% 였고 Voc는 1 V가 넘는다. 

하지만, 현재의 페로브스카이트 태양전지는 단지 몇 시간 후 망가지는 매우 나쁜 안정성은 꼭 개선되어야 한다. 

그들은 물 분해 촉매로써 Ni-Fe layered double hydroxide를 이용했다. 이 촉매는 알칼리 전해액에서 애노드에서 산소발생반응 뿐 아니라 캐소드에서 수소발생반응을 위한 촉매 작용을 했다.  

참고: http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/09/perovskite-solar-cells-show-hydrogen-production-promise