페로브스카이트에 대한 기대

2009년에 최초의 페로브스카이트 태양전지가 개발되었는데 효율은 3.9%였다. 그 당시의 문제점은 액체 전해질로 인해 페로브스카이트 물질이 빠르게 분해되어 버리는 것이었다. 

얼마 뒤 Cratzel 그룹은 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용해서 페로브스카이트 태양전지의 효율을 ~10% 수준으로 끌어 올렸다. 

그리고 2014년 KRICT에서 17.9% 효율(NREL 인증)을 달성했다.  

이렇듯 페로브스카이트 태양전지는 다른 어떤 종류의 태양전지에서 보지 못했던 불과 몇년만에 대단한 효율 증가를 달성했다. 

페로브스카이트 태양전지의 가장 큰 문제점은 물에 녹는 것이다. 

광활성 페로브스카이트 물질은 양이온인 methylamonium 유기물 성분을 포함하고 있다. Methylamonium 염이 습기에 매우 민감하기 때문에 페로브스카이트 물질은 물에 녹는다.  

현재까지 가장 안정적인 페로브스카이트의 수명은 단지 20일 정도이다. 

또 다른 문제점은 독성 물질은 Pb를 포함하고 있다는 것이다. Pb를 Sn으로 대체하려는 시도가 있지만 안정성이 1/10로 감소할 수 있다는 우려가 있다. 

페로브스카이트 층 두께 400 nm은 최대 800 nm 까지의 태양광을 충분히 흡수할 수 있는데 이러한 얇은 층은 상용 태양전지(c-Si, CIGS)에 추가 층으로 사용될 수 있는 잠재력이 있다. 

또한 페로브스카이트의 밴드갭은 튜닝 가능하기 때문에 기본 셀에 최적화시킬 수 있다. 

페로브스카이트와 c-Si 태양전지가 결합되어 탠덤 셀이 되면 효율은 40%에 도달할 수 있다. 하지만 이 구조 역시 수분에 취약하다. 

따라서 외부로 부터 수분과 습기를 차단하기 위해 유리-유리 모듈 밀봉을 사용을 사용하거나 Al2O3을 코팅이 고려되고 있다. 

EMPA(스위스)은 효율 19.3%의 CIGS에 비광활성 페로브스카이트 층을 코팅했을 때 효율 7.7%을 얻었다고 발표했다. 만약 페로브스카이트가 광활성이고 최고 효율 17.9%의 페로브스카이트를 사용한다면 이 텐덤 셀의 효율은 25.6%(17.9%+7.7%)가 된다 

참고: Anne Kreutzmann, Photon International October 2014, pp 62~65.