| [영국] 스프레이 페인팅 기술을 이용한 태양전지 개발
영국 셰필드 대학교 과학자 연구팀이 스프레이-페인팅 기술을 사용하여 페로브스카이트 태양전지 제작에 최초로 성공했다. 이전에, 이 대학교 물리학 및 천문학부, 화학 및 생물공학부 전문가들은 유기 반도체를 사용하여 태양전지 제작을 위해 스프레이-페인팅 방식을 사용한 적은 있지만, 페로브스카이트 태양전지는 중요한 한 단계 전진이다.
효율적인 유기금속 할로겐화물(organometal halide) 페로브스카이트에 기반을 둔 태양광발전은 2012년에 최초로 실증화되었다. 이 기술은 현재 태양전지를 위한 매우 촉망받는 신재료로, 그 이유는 높은 효율성과 낮은 재료비용을 결합시키기 때문이다. 스프레이-페인팅 프로세스는 페로브스카이트 재료를 거의 허비하지 않고 자동차에 페인팅을 하거나 그래픽 페인팅을 하는 것처럼 고용량의 제작까지 규모 확대가 가능하다.
선임 연구원인 데이비드 리드지(David Lidzey) 교수는 "페로브스카이트에 기반을 둔 광전발전 방식에는 많은 흥미로운 것이 존재한다. 분명히, 이러한 종류의 재료는 고성능의 성숙한 태양전지 기술과 유기 태양전지 생산을 위한 낮은 에너지 비용을 결합시킬 가능성을 제공한다"고 말했다.
대부분의 태양전지가 실리콘과 같은 에너지집약적인 재료를 사용하여 제작되지만, 이와 비교하여 페로브스카이트는 제작하는데 에너지가 그렇게 많이 소요되지 않는다. 공기 중에서 페로브스카이트 층에 스프레이-페인팅을 진행함으로써, 연구팀은 태양전지 제작에 사용되는 전체 에너지 비용이 더 낮아지기를 희망한다.
리드지(Lidzey) 교수는 "유기 태양전지 중에서 최상으로 인정된 효율성은 약 10% 정도이다. 페로브스카이트 태양전지는 19%까지 효율성을 달성했다. 이것은 세계적으로 태양열 시장을 점유하고 있는 재료인 실리콘의 25% 효율성보다는 높지 않다. 지금까지 우리가 창조한 페로브스카이트 장치는 여전히 유기 태양전지와 비슷한 구조체를 사용한다. 우리가 이룩한 것은 핵심적인 빛 흡수 층인 유기 층을 스프레이-페인팅된 페로브스카이트로 대체한 것이다. 유기 흡수장치 대신에 페로브스카이트 흡수장치를 사용하는 것은 효율성 측면에서 상당한 향상을 이루게 한다"고 말했다.
셰필드 대학교 연구팀은 페로브스카이트를 스프레이-페인팅하게 되면 11%까지 정도의 효율성을 보이는 프로토타입 태양전지를 제작할 수 있음을 알아냈다. 리드지(Lidzey) 교수는 "이 연구는 실험실 규모의 기술을 사용하여 페로브스카이트 층이 용액에서 침전되는 기존의 작업을 발전시킨다. 이것은 고용량 롤-투-롤 프로세싱 방식을 사용하여 만들어진 효율적이고 저비용의 태양전지 장치 제작을 위한 상당한 진전"이라고 말했다.
태양열 발전은 세계적인 범위의 재생에너지 시장에서 중요한 요소가 되고 있고, 어려운 경제적인 환경에서도 상당한 발전율의 성장을 지속하고 있다. 리드지(Lidzey) 교수는 "나는 새로운 박막필름 태양광 발전 기술이 태양에너지의 이용 증대를 추동하는데 중요한 역할을 할 것이며 페로브스카이트에 기반을 둔 태양전지가 박막필름 태양전지처럼 그 중요성이 증가할 것이라고 믿고 있다"고 밝혔다.
[출처 = KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』/ 2014년 8월 8일]
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Pioneering new spray-on solar cells
A team of scientists at the University of Sheffield is the first to fabricate perovskite solar cells using a spray-painting process. Experts from the University's Department of Physics and Astronomy and Department of Chemical and Biological Engineering have previously used the spray-painting method to produce solar cells using organic semiconductors - but using perovskite is a major step forward.
Efficient organometal halide perovskite based photovoltaics were first demonstrated in 2012. They are now a very promising new material for solar cells as they combine high efficiency with low materials costs. The spray-painting process wastes very little of the perovskite material and can be scaled to high volume manufacturing - similar to applying paint to cars and graphic printing.
Lead researcher Professor David Lidzey said: "There is a lot of excitement around perovskite based photovoltaics. Remarkably, this class of material offers the potential to combine the high performance of mature solar cell technologies with the low embedded energy costs of production of organic photovoltaics."
While most solar cells are manufactured using energy intensive materials like silicon, perovskites, by comparison, requires much less energy to make. By spray-painting the perovskite layer in air the team hope the overall energy used to make a solar cell can be reduced further.
Professor Lidzey said: "The best certified efficiencies from organic solar cells are around 10 per cent. Perovskite cells now have efficiencies of up to 19 per cent. This is not so far behind that of silicon at 25 per cent - the material that dominates the world-wide solar market." He added: "The perovskite devices we have created still use similar structures to organic cells. What we have done is replace the key light absorbing layer - the organic layer - with a spray-painted perovskite. Using a perovskite absorber instead of an organic absorber gives a significant boost in terms of efficiency."
The Sheffield team found that by spray-painting the perovskite they could make prototype solar cells with efficiency of up to 11 per cent./Professor Lidzey said: "This study advances existing work where the perovskite layer has been deposited from solution using laboratory scale techniques. It's a significant step towards efficient, low-cost solar cell devices made using high volume roll-to-roll processing methods."
Solar power is becoming an increasingly important component of the world-wide renewables energy market and continues to grow at a remarkable rate despite the difficult economic environment. Professor Lidzey said: "I believe that new thin-film photovoltaic technologies are going to have an important role to play in driving the uptake of solar-energy, and that perovskite based cells are emerging as likely thin-film candidates."
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