美피츠버그대-韓UNIST 공동연구팀
실리콘+페로브스카이트 ‘텐덤 전지’위에 다기능성 필름
전지 수명 줄이는 자외선은 차단, 가시광선 흡수율은 높여
태양전지 이미지
미국 피츠버그대 기계·재료공학부, 산업공학과, 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 공동 연구팀은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 ‘1+1 탠덤 전지’의 수명과 효율을 높이는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 실렸다.
1+1 탠덤 전지는 효율이나 가격경쟁력, 공정 편의성이 우수해 2~3년 내에 상용화할 수 있는 ‘슈퍼 태양전지’로 불린다. 그러나, 탠덤 태양전지는 구조상 자외선에 약한 페로브스카이트가 맨 위쪽에 놓여 있어 수명이 짧다.
이에 연구팀은 탠덤 태양전지의 수명과 효율을 한 단계 더 높여줄 수 있는 다기능성 필름을 개발했다. 이번에 개발한 필름은 자연 태양광에 포함된 유해 자외선은 차단해 전지 수명을 늘리고, 유효 파장 대역인 가시광선 흡수는 늘려 태양광-전기전환 효율을 높일 수 있다.
연구팀이 개발한 다기능성 필름은 탠덤 전지 맨 위에 올려 쓸 수 있는 형태로 자외선을 흡수해 차단하는 형광체 입자와 가시광선 흡수를 늘리는 실리카 입자가 함께 들어있다. 특히 형광체 입자는 유해 자외선을 흡수해 차단할 뿐만 아니라 가시광선으로 바꿀 수도 있어 전지 효율을 추가로 높일 뿐만 아니라 전지를 초록색으로 보이게 해 미관 개선에도 도움이 된다.
기존에 나와있는 반사방지 필름을 사용한 탠덤 태양전지의 경우 5시간이 지난 뒤 초기 효율의 90%로 떨어지고 20시간 후에는 50% 수준으로 급격히 떨어졌다. 반면 이번에 개발한 필름을 사용하면 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지하는 것이 확인됐으며 초기 효율 자체도 기존보다 4.5% 높은 것으로 확인됐다.
최경진 UNIST 교수는 “기존에는 표면에 요철을 만들어 태양 빛 반사를 줄였지만 이번에는 반사방지 필름 자체가 빛 반사를 줄여 유효 파장대역 흡수 성능을 높였다는 점에 의미가 크다”며 “자외선 차단효과가 크기 때문에 탠덤 전지 뿐만 아니라 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드 같은 분야에서도 사용할 수 있을 것”이라고 말했다.
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