KIC News, Volume 19, No. 1, 2016
KIC News, Volume 19, No. 1, 2016 61
교토대 등, 페브로브스카이트 태양전지의 불안정성을 개선, 이론적 한계에 대한 설계 지침을 발견
일본 과학기술진흥기구(JST) 전략적창조연구추진사업의 일환으로 교토대학(京都大学)의 오오키타 히데 오(大北英生) 교수, 이토 신자부로(伊藤 紳三郎) 교수 등의 연구 그룹은 에너지 변환 효율 19% 이상의 고 효율 페브로브스카이트 태양전지를 이용한 발전 메커니즘을 분석하여, 전류가 발생하는 효율은 거의 100%이며 전압도 이론 한계까지 향상할 수 있음을 밝혔다.
페브로브스카이트 태양전지는 재료 용액을 인쇄함으로써 쉽게 제조할 수 있기 때문에 생산 비용을 크게 줄일 수 있는 태양 전지로서 기대되고 있다. 최근에는 20% 이상의 높은 에너지 변환 효율이 보고된 차세 대 태양전지의 유력 후보로 주목을 받고 있다. 그러나 발전 특성에 차이가 많고, 측정 조건에 따라 소자 특 성이 변화 히스테리시스라는 현상을 설명하기 위해 소자 구조와 발전 특성의 관계를 정량적으로 연구할 수 없다는 문제가 있었다.
연구팀은 비교적 평활하고 치밀한 페브로브스카이트 막의 제막법을 이용하여 에너지 변환 효율 19% 이 상이면서, 히스테리시스가 작은 페브로브스카이트 태양전지를 제작하는 데 성공했다. 또한 이 소자를 이용 하여 분석한 결과, 전류는 변환 손실은 거의 없다는 것을 발견했다. 한편, 전압은 전류의 담당자인 전하 캐 리어를 포착하는 사이트(트랩)을 통해 전압 손실이 존재하는 것을 알 수 있었다. 이 때문에 트랩의 밀도를 단결정 페브로브스카이트 정도까지 줄일 수 있다면, 개방 전압을 이론적 한계에 달하는 향상시킬 수 있음 이 밝혀졌다.
이번 연구 성과로 페브로브스카이트 태양전지의 발전 특성을 이론적 한계에 달하는 향상시키기 위한 설 계 지침이 규명되어 실리콘 태양 전지에 필적하는 페브로브스카이트 태양전지가 개발될 것으로 기대된다.
본 연구 성과는 2015년 12월 8일 독일 과학지 Advanced Materials 온라인판에 공개되었다(※발표논문 참조).
※발표논문: Hyung Do Kim, Hideo Ohkita, Hiroaki Bentenm Shinzaburo Ito, “Photovoltaic Performance of Perovskite Solar Cells with Different Grain Sizes”, Advanced Materials, 7 December 7, 2015.
DOI：10.1002/adma.201504144
Figure. CH3NH3PbI3 페브로브스카이트 태양전지의 표면 SEM 상.
출처 : 2015.12.08. JST (http://www.jst.go.jp/pr/announce/20151208/index.html) 작성 : 소 대 섭 (한국과학기술정보연구원)
