최근 신재생 에너지인 태양광 분야에서, 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지가 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 기존 실리콘 소재의 태양전지를 대체할만한 수준이라고 하는데, 도대체 페로브스카이트가 무엇이며 어떤 장점과 단점이 있는지 살펴보도록 하겠습니다.
’페로브스카이트’ 란?
페로브스카이트는 1839년 러시아의 우랄산맥에서 발견된 광물로, 이것을 발견한 학자 L.A.Perovski의 이름입니다. 당시 페로브스카이트의 경우 전기적 특성이 우수하지 못했기 때문에 그다지 연구되지 않았습니다. 그런데 1994년 페로브스카이트의 전기 전도성이 유기물 체인을 변화시킴으로써 조절이 가능하다는 연구결과가 발표되면서부터 페로브스카이트에 대한 연구활동이 증가하기 시작함에 따라, 현재에 이르러서는 무기물과 유기물을 섞어 전기 전도성이 뛰어난 결정구조를 갖추게 되었으며, 태양전지의 실리콘 소재 대체제로 화두가 되고 있습니다.
페로브스카이트 vs 실리콘
최근 UNIST와 한국에너지기술원 연구진이 페로브스카이트 태양전지 세계 최고 효율인 25.6%를 달성했습니다. 이는 기존의 실리콘 태양전지 효율인 26.6%에 필적할 정도이며, 무엇보다도 페로브스카이트는 실리콘보다 가볍고 유연합니다.
실리콘 태양전지는 무겁고 딱딱하지만 페로브스카이트는 액체 상태로서 가벼운 필름에 발라주면 유연하게 휘어지는 태양전지로 사용할 수 있습니다. 또한 제조공정이 간편하여 생산비용이 실리콘 태양전지의 1/3 수준이라는 것이 장점입니다. 단, 페로브스카이트 태양전지는 고열이나 수분에 노출되면 성능이 급격히 저하되는 치명적인 단점이 있어, 태양전지로 상용화하기엔 무리가 있는 상황입니다.
실리콘 & 페로브스카이트 하이브리드
열과 수분에 약한 페로브스카이트의 단점을 보완하기 위하여, 기존의 안정성을 갖춘 실리콘 태양전지에 페로브스카이트를 결합하는 연구가 진행되고 있습니다. 미국 워싱턴 대학교 연구진은 실리콘 태양전지에 페로브스카이트 태양전지를 붙여서 26.6%에서 32.2%까지 효율을 증가시켰다고 합니다. 또한 영국 옥스퍼드 대학교 연구진들도 하이브리드 전지를 통해 28%의 효율을 기록했다고 하며, 2020년 중에 상용화를 목표로 하여 시제품을 생산 중이라고 합니다.
태양전지는 온실가스를 배출하지 않는 친환경 신재생 에너지 사업으로서 하루가 다르게 발전해나가고 있습니다. 물론 아직까지도 수력, 화력발전에 비해 에너지 효율이 떨어지는게 사실이지만, 최근 단기간에 페로브스카이트 태양전지의 효율을 22%나 증가시킨 것을 고려해보면 향후 발전가능은 무궁무진하다고 할 수 있을 것 같습니다. 게다가 페로브스카이트는 태양전지뿐만 아니라 LED, 센서 등 다양한 분야에 적용이 가능하다고 합니다.
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