연구소, 페로브스카이트 태양전지의 내구성과 성능 향상으로 시장 상용화에 한 걸음 다가서다

Seoul라이스 대학의 연구진이 페로브스카이트 태양전지를 더 안정적으로 만드는 방법을 개발했습니다. 이 태양전지는 포름아미디늄 납 아이오다이드(FAPbI3) 결정체를 사용하여 효율적으로 작동합니다. 이번 연구는 오늘자 Science 저널에 게재되었습니다. 연구진은 이 결정체를 안정적이고 고품질 필름으로 전환할 수 있는 방법을 발견했으며, 이는 태양광 패널에 활용될 수 있습니다.

연구의 주요 요점:

• FAPbI3 태양 전지의 안정성이 개선되어 85도(섭씨)에서 1,000시간 동안 효율이 3% 미만으로 감소합니다.
• 네 가지의 서로 다른 2D 페로브스카이트 템플릿 개발.
• 2D 결정으로 템플릿된 FAPbI3 필름의 품질과 효율성이 향상되었습니다.
• 2D 템플릿이 적용된 태양 전지는 캡슐 층을 추가함으로써 더욱 높은 안정성을 유지합니다.

라이스 대학의 연구자인 아디티아 모히테가 이끄는 팀은 이번 개발을 큰 도약이라고 설명했습니다. 2D 페로브스카이트는 FAPbI3 물질의 안정성을 높이는 데 기여합니다. 또한 이 2D 페로브스카이트는 FAPbI3 결정의 형성과 품질을 개선합니다. 그뿐만 아니라, 이 태양 전지들은 시간이 지나도 손상에 대한 저항력이 향상되었습니다.

대학원생이자 주요 저자인 아이작 메트칼프는 페로브스카이트 결정이 화학적으로와 구조적으로 분해된다고 설명했습니다. FAPbI3는 구조적으로 안정적이지 않지만, 2D 페로브스카이트는 두 측면에서 더 안정적입니다. 2D 페로브스카이트를 안내자로 사용하면 FAPbI3가 안정성과 효율성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

연구팀은 네 가지 유형의 2D 페로브스카이트를 시험했습니다. 그 중 두 가지는 FAPbI3와 유사한 표면 구조를 가지고 있었습니다. 이러한 잘 맞는 2D 결정은 FAPbI3가 고품질의 필름을 형성하는 것을 용이하게 했습니다. 이 필름은 내부적인 무질서가 적고 빛에 대한 반응이 개선되어 효율이 높아졌습니다.

2D 템플릿을 사용하여 태양 전지의 내구성과 효율성이 향상되었습니다. 템플릿이 없을 경우, 전지는 이틀 만에 고장 났지만, 템플릿을 사용하면 20일 이상 고장 없이 유지되었습니다. 여기에 보호층을 추가하면 안정성이 더욱 증가합니다.

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이러한 개선은 태양광 패널의 제조 비용을 줄이고, 더 가볍고 유연한 설계를 가능하게 할 수 있습니다. 전통적인 실리콘 태양광 패널과 달리, 페로브스카이트 필름은 낮은 온도에서 가공이 가능합니다. 따라서 플라스틱이나 유연한 표면에 태양광 패널을 제작할 수 있으며, 이는 비용 절감에도 더욱 기여할 수 있습니다.

태양 전지에 가장 흔하게 사용되는 소재는 실리콘이지만, 생산하는 데 많은 자원이 필요합니다. 그러나 페로브스카이트는 2009년에 3.9%의 효율성을 보였으나 오늘날에는 26%를 초과하는 효율성을 달성했습니다. 고품질의 페로브스카이트 태양 전지는 실리콘 패널에 비해 더 적은 에너지와 비용으로 생산할 수 있습니다.

깨끗한 에너지로의 전환은 중요합니다. UN에 따르면 화석 연료 대신 태양광 발전이 최선의 선택 중 하나입니다. 2030년까지 온실가스를 줄이기 위해서는 더 나은 태양광 기술이 필요합니다. 또한 2050년까지 탄소 배출을 제로로 만드는 것 역시 중요합니다.

수석 엔지니어 아디트야 모히테는 태양광 에너지가 매우 중요하다고 말합니다. 태양광 패널의 발전은 친환경 전력원에 의존할 것입니다. 이는 화학 제조업과 같은 다른 산업에도 도움이 될 것입니다.

이 연구는 미국 에너지부와 국립과학재단을 포함한 여러 자금원을 통해 지원받았습니다. 미국과 해외 여러 기관의 과학자들이 협력하여 이 연구를 수행하였으며, 그들의 공동 노력이 성과 달성에 중요한 역할을 했습니다.

이 발견은 페로브스카이트 태양광 패널을 상용화하는 데 한 걸음 더 다가가게 해줍니다.