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차세대 태양전지 재료, 페로브스카이트
연구소 2013-10-28 3885
가까운 미래에, 태양열 패널은 더욱 효율적이게 될 뿐 아니라 적용도 쉽게 될 것이라고 싱가포르 난양기술대학교(Nanyang Technological University) 연구진들이 주장했다. 유기-비유기 하이브리드 페로브스카이트(perovskite, 부도체, 반도체, 도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물로, 회티타늄석이라고도 함) 물질로 제작된 이 차세대 태양전지는, 단순한 솔루션에 기반을 둔 제작 프로세스 덕분에 현재의 박막 필름 태양전지보다 약 5배 저렴하다. 페로브스카이트(perovskite)는 태양광선을 전기로 15% 정도 수준까지 변환할 수 있는 특출한 태양전지 재료로 알려져 있는데, 이 효율은 현재의 태양전지와 비슷한 수준으로, 과학자들은 지금까지 그 이유나 방법을 알지 못하고 있었다. 사이언스(Science)지에 발표된 논문에서, 난양기술대학교의 복합학문 연구팀은 이 현상으로 최초로 설명했다. 조교수인 섬 체 치엔(Sum Tze Chien) 교수와 느리판 매튜(Nripan Mathews) 박사가 지도하는 8명의 연구원으로 구성된 이 연구팀은, 현재 15%의 효율성을 가진 페로브스카이트(perovskite) 태양전지 기록을 보유하고 있으며 이 논문의 공동저자이기도 한 난양기술대학교 교환교수인 마이클 그래첼(Michael Gr?tzel) 교수와 공동 연구를 진행했다. 페로브스카이트(perovskite) 태양전지가 보유한 높은 태양광선-전기 변환 효율성은 이미 시장에서 사용 중이며, 20% 정도에 가까운 효율성을 보이는 박막 필름 태양전지와 직접적인 경쟁이 가능할 정도이다. 이 태양전지가 어떻게 작동되는지에 대한 새로운 지식은, 호주의 클린 기술회사인 다이솔(Dyesol)사와 협력하여 페로브스카이트(perovskite) 태양전지 상업용 프로토타입을 개발 중인 난양기술대학교 에너지 연구소(ERI@N, Energy Research Institute @ NTU)에 의해 적용되는 중이다. 섬(Sum) 교수에 의하면, 페로브스카이트(perovskite)가 태양전지 재료로 잘 동작하는 이유를 발견한다는 것은 최첨단의 장치 사용과 난양기술대학교와의 협력으로만 가능할 것이다. "연구 과정에서, 우리는 페로브스카이트(perovskite) 재료 연구를 위해 매우 빠른 레이저를 사용한다. 우리는 이 재료가 빛과 반응하는 방식을 1초의 1,000조 분의 일 단위로 추적했다. 우리는 페로브스카이트(perovskite) 물질 내에서 태양광선에 의해 내부에 생성된 전자들이 매우 멀리 이동할 수 있음을 발견했다. 이것은 우리가 더 많은 빛을 흡수하고 더 많은 전기를 생산할 수 있는 더 두꺼운 태양전지를 제작할 수 있도록 할 것"이라고 섭(Sum) 교수는 말했다. 난양기술대학교 물리학자는 페로브스카이트(perovskite)가 가진 이러한 특성은 정상적으로 낮은 품질의 물질을 생산하는 단순한 솔루션 방식으로 제작되기 때문에 매우 주목할만한 것이라고 밝혔다. "우리는 페로브스카이트(perovskite)가 작동하고 행동하는 방법을 정확히 알고 있기 때문에, 새로운 태양전지의 성능을 개선하고 그 효율성을 향상시킬 수 있으며 현재 사용 중인 박막 필름 태양전지와 비슷한 성능에 도달하거나 심지어는 그것을 능가할 가능성도 가지고 있다. 이러한 물질의 우수한 특성은 우리가 좋은 태양광선 변환효율성을 희생하지 않고 저렴한 프로세스를 사용하여 플라스틱 위에서 경량이며 유연한 태양전지를 제작할 수 있도록 한다"고 난양기술대학교 에너지 연구소(ERI@N) 시니어 과학자인 느리판 매튜(Nripan Mathews) 박사는 말했다. 난양기술대학교 에너지 연구소(ERI@N)의 전무이사인 수보드 마이살카르(Subodh Mhaisalkar) 교수에 의하면, 그들은 이러한 흥미로운 물질에 기반을 둔 프로토타입 태양전지 모듈을 제작하기 위해 검토 중이다. "페로브스카이트(perovskite)에 기반을 둔 태양전지는 20% 정도의 태양전지 효율성에 도달할 가능성이 있으며, 다른 장점으로는 적색, 황색 또는 갈색과 같은 반투명 색깔을 만들어내는 순응성이 있다는 사실이다. 이러한 유색 태양 유리를 가지는 것은 건축 디자인 분야에 새로운 기회를 제공하게 될 것"이라고 그는 발표에서 말했다. 출처 : 한국과학기술정보연구원 (GTB)
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