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슈투트가르트 대학 연구팀, 단일접합 투명 태양전지로 1.71V 수준 전압 달성
‘밴드 갭 페로브스카이트 태양전지’ 새로운 가능성 열어

[인더스트리뉴스 최용구 기자] 독일 슈투트가르트(Stuttgart)대학교 연구원들이 단일접합 투명 태양전지에서 기록적인 전압을 달성했다는 소식이 pv magazine을 통해 보도됐다.

지난 4일 매체에 따르면 슈투트가르트 대학 연구진들은 에너지 밴드 갭(band gap)이 가장 넓은 페로브스카이트 물질인 ‘메틸아민 납 염화물(MAPbCl3)’을 기반으로 단일 접합 투명 페로브스카이트 태양전지를 제작했다.

밴드 갭은 원자핵와 전자 사이의 움직임에 대한 용어다. 밴드 갭이 넓은 물질일수록 전자가 원자핵의 구속력을 벗어나 움직이기 어렵다.

넓은 밴드 갭을 갖는 단일 접합 페로브스카이트의 경우 고전압에 도달하기 힘든 것으로 알려져 있다.

Eg=3.03eV의 밴드갭을 나타내는 다양한 분위기에서 어닐링된 MAPbCl3 박막의 Tauc plot [자료=슈투트가르트대학교]

이는 불규칙한 필름 형태, 전구체의 용해도 저하 및 빠른 결정화 등을 유발한다. 

연구진은 2단계 증착법과 질소(N2) 어닐링(annealing)으로 페로브스카이트 흡수체를 만들었다.

MAPbCl3 흡수체와 더불어 이산화티타늄(C/TiO2) 기반의 전자수송층(ETL), 불소가 도핑(Dopping)된 산화주석(FTO), 메조다공성 재료 및 금속 접촉제로 셀을 만들었다. 

실험은 표준 조명 조건에서 진행됐다. 그 결과, 셀은 0.81%의 전력 변환 효율과 1.71V의 개방 회로 전압을 달성했다. 단락 전류밀도와 충전율은 각각 0.73mA cm−2, 64.7% 수준이었다. 

연구 교신저자인 마이클 살리바(Michael Saliba) 박사는 “이번 태양광 셀은 사물인터넷 또는 태양광 창 등 응용 분야뿐만 아니라 다중 접합 태양 전지에도 중요할 것”이라며, “밴드 갭 페로브스카이트 태양전지의 새로운 문을 열었다”고 설명했다.

공동 교신저자 마흐디 말렉샤히(Mahdi Malekshahi)는 “어닐링의 정도가 MAPbCl3의 결정화 매커니즘에 크게 영향을 미친다는 것을 입증했다”고 말했다.

연구 결과는 지난 2월 ACS Publications에 ‘최고 전압 페로브스카이트 태양전지를 위한 MAPbCl3 광흡수체’(MAPbCl3 Light Absorber for Highest Voltage Perovskite Solar Cells)란 제목으로 게재됐다.

[최용구 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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