한양솔라에너지

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사업소개“태양광 에너지의 미래를 설계하는 한양솔라에너지”

차세대 페로브스카이트 태양전지 기술 개발

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  • 현재 태양전지는 광에너지 변환효율이 20%가 넘는 단결정 기반 태양전지가 주로 사용되고 있으며, 변환효율이 우수한 화합물 반도체를 이용한 태양전지의 개발도 지속되고 있습니다.
  • 그러나 이러한 무기 반도체 기반의 태양전지는 고효율화를 위하여 매우 고순도로 정제한 소재가 필요하므로 원소재의 정제에 많은 에너지가 소비되고, 또한 원소재를 이용하여 단결정 혹은 박막화 하는 과정에서 고가의 공정 장비가 요구되어 태양전지 제조비용을 낮추는데 한계가 있습니다.
  • 이러한 기존 반도체 기반의 태양전지를 대체하기 위해서 순수한 무기물 소재가 아닌 페로브스카이트 구조를 가진 물질을 이용한 3세대 태양전지는 태양광 산업의 새로운 게임 체인저로 주목 받고 있습니다.
  • 페로브스카이트 태양전지는 기본적으로 후면전극, 홀전도층, 광흡수층, 전자전도층, 전면 투명전극, 유리기판의 구조로 이루어져 있으며, 전면에서 입사된 태양빛이 광흡수층에 흡수되어 광흡수층으로부터 전자-정공쌍이 형성되어 전기를 발생하는 형태로 이루어져 있습니다.
  • 이때 형성된 전자-정공쌍을 생성하는 광흡수층은 빛의 흡수계수가 높고, 에너지 밴드갭은 약 1.5eV를 가지는데, 이때 광흡수층의 에너지 밴드갭이 약 1.5eV 정도 되는 태양빛 에너지만 흡수가 되어 전자 정공쌍을 만들고 이보다 큰 태양빛은 흡수된 빛 에너지가 열에너지로 변환되어 소자의 온도를 높여 태양전지 소자의 특성을 저하시키며, 이보다 에너지가 낮은 태양빛은 후면 쪽에서 흡수되어, 전자가 전면까지 이동할 때 재결합을 거치게 되어 전자 전도 효율이 낮아지거나 전혀 흡수되지 못하는 문제점이 있습니다.
  • 당사는 기판 상에 형성된 전면전극, 전자 전공층, 페로브스카이트 광흡수층, 정공 전도층 및 후면 전극을 포함하며, 페로브스카이트 광흡수층은 전면층 구간, 후면층 구간 및 전면층 구간과 후면층 구간 사이에 배치된 에너지 밴드갭 경사층 구간을 포함하여 에너지 밴드갭이 휘어진만큼 전기장을 받아 전면쪽으로 재결합없이 이동할 수 있는 확률이 개선된 태양전지 기술을 보유하고 있습니다.
  • 전자수집효율이 개선된 페로브스카이트 태양전지는 광흡수층의 전면층 구간에서 에너지가 큰 태양빛을 잘 흡수하며, 광흡수층의 후면층 구간에서는 긴 거리를 효율적으로 이동할 수 있는 페로브스카이트 광흡수층을 포함하는 태양전지를 구현 할 수 있습니다.

종래 태양전지 기술과의 차별성

태양전지 분류 기존 및 차세대
태양전지 차별성
결정질 실리콘
태양전지
고가의 Vacuum 공정이 포함된 복잡한 공정기술이 필수적으로 요구됨. 특히, 진공 증착법을 이용함으로써 고가의 진공 장비와 고순도 재료를 이용하여 절감 효과를 기대할 수 없어 중국과의 경쟁요소가 없어짐.
2세대 박막
태양전지
재료에 의존적인 결정질 실리콘 전지에 비해 생산단가가 낮고, 자동화를 통해 모듈 공정까지 일관화 시킬 수 있다는 장점을 가지고 있지만 대체로 낮은 효율과 모듈의 수명에 관한 실증 연구가 부족.
3세대 유기
태양전지
기존 실리콘계 태양전지와 달리 가공이 쉽고 재료가 다양하며, 가격 또한 저렴하여 경제성은 높으나, 상대적으로 광전 변환 효율이 10%대로 낮고 오래 사용할 경우 안정성이 크게 떨어져 상용화에 어려움.
페로브스카이트 차세대 태양전지로 광흡수층이 페로브스카이트 결정구조를 가진 유기금속할로겐 화합물을 사용하여 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인해 높은 발광률과 선명한 색을 구현 할 수 있어 미래 디스플레이 소재로 주목. 저가 용액공정으로 이용하여  최고 25.2% 효율을 기록한 유일한 태양전지.
Flexible, 반투명, 경량 태양전지로 제작 가능.
인쇄 기술을 적용한 저가 대량생산이 가능하며 실리콘과 텐덤화 가능.

경제적/기술적 파급효과

  • 기존의 태양전지로는 어려운 Flexible 전지, 자동차용, Moblle 기기, 도시 미관형 창호 및 벽면, 스마트 칼라 구현 등 부가가치 높은 시장에 파급효과가 클 것으로 전망됨.
  • 또한 기존 실리콘 태양전지와 결합한 Tandem형 태양전지를 개발해 고효율·저비용 의 경쟁력 높은 태양광 발전단가 기술을 구현할 수 있습니다.