손으로 만든 페로브스카이트 층으로 태양전지 효율을 크게 증가시키다

두 광전지 재료인 페로브스카이트와 CIGS 또는 Si을 결합하여 탠덤 구조를 만드는 연구가 한창 진행 중이다.  

페로브스카이트는 물에 용해 되기 쉽고 직사광에 노출 되면 열화되어 내구성이 좋지 않지만 EV 배터리와 태양전지에서의 잠재력은 연구자들의 관심을 끌고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 태양광의 가시광만 흡수하는 능력을 갖고 있다. 이 능력은 장단점이 있는데 장점은 Si 태양전지에 비해 포톤 에너지가 높은 가시광을 잘 흡수한다는 것이다. 

페로브스카이트 태양전지는 2009년에 처음 출현했을 때 ~4% 효율에서 2014년 지금의 효율은 20%까지 증가했다. 

이 태양전지의 과제는 연구 성과가 실제 환경(날씨 조건)에서도 구현되도록 하는 것이다. 

연구팀은 태양광 에너지를 생산하기 위한 비용을 획기적으로 줄이는 것에 기여하기를 원한다. 이것이 페로브스카이트 태양전지를 상용 태양전지와 결합하려는 이유다. 

기존의 Si 태양전지 모듈 라인에 저가의 페로브스카이트 층을 보태면 새로운 공장을 건설하기 위해 큰 돈을 쓸 필요가 없게 된다. 

 어떻게 하면 일부 포톤이 페로브스카이트 층을 통과하여 Si 태양전지에 도달하게 하느냐이다. 해결책은 투명 전극을 top cell에 위치시켜 최초의 2 개의 투명 전극을 갖는 페로브스카이트 태양전지를 만드는 것이다. 

이렇게 하려면 물과 열에 약한 페로브스카이트 태양전지에 손상을 주지 않고 전극을 형성하는 방법을 찾아야 한다.

(반투명한 Ag 나노와이어 메쉬가 페로브스카이트 태양전지 위에 올려져 있는 현미경 이미지. 페로브스카이트 태양전지는 상용 Si 태양전지 위에 기계적으로 적층된다.)

해결책은 임시 문신을 새기는 기술과 비슷하게 손으로 전극을 만드는 것이다. 그들은 Ag 나노와이어가 임베디드된 플라스틱 시트를 내리 누르는 도구를 이용하여 페로브스카이트 층에 문질러서 Ag 나노와이어를 페로브스카이트 셀 위에 전사시켰다. 

이렇게 해서 저급 태양전지의 효율을 11.4%에서 17%로 증가시켰다. 참고로 페로브스카이트 태양전지 단독은 12.7% 효율을 가졌다.  

참고: http://cleantechnica.com/2015/01/16/solar-cell-efficiency-jumps-50-with-perovskite-layer/