일본산업뉴스요약

Perovskite형 태양전지, 중성 재료로 내구성 향상
도쿄대학 등 참여

도쿄대학의 나카무라(中村) 특임교수팀은 유기 재료가 사용된 ‘페로브스카이트형 태양전지’의 내구성을 높이는 기술을 개발했다. 주요 재료를 산성에서 중성으로 개량함으로써 전극의 부식을 억제하는 기술이다. 페로브스카이트형 태양전지의 약점이었던 내구성을 개선, 수 년 이내의 실용화를 목표로 하고 있다.

개발된 태양전지는 페로브스카이트라고 하는 결정 구조를 가진 특정 물질을 발전에 이용한다. 이 물질은 빛이 닿으면 전자와 전자의 빈자리(정공)가 발생한다. 이것을 전극으로 끌어당겨 전류를 추출하는 시스템이다. 기존에는 정공을 전달하는 역할을 하는 재료가 산성이고 흡습성도 가지고 있어 전극 등이 열화(劣化)하는 원인이 되었다.

연구팀은 전극 등의 부재가 잘 손상되지 않는 새로운 중성 재료를 개발. 유기물에서 합성된 저분자에 질소 원자를 넣어 정공을 끌어당기기 쉽도록 했다. 이 새로운 중성 재료를 같은 양의 물과 아세톤이라고 하는 유기 용매를 혼합한 액체에 녹여 잉크처럼 제작할 수 있다.

미쓰비시 케미칼과 공동으로 이 새로운 재료를 이용한 태양전지를 시작(試作). 실제로 빛을 조사해 섭씨 35도의 조건으로 지속적으로 발전시켜 내구성을 분석했다. 1,300시간 후에 분석한 결과, 가동 초기의 약 90%의 발전 성능을 유지하고 있었다. 나카무라 특임교수는 “실용화할 가치가 있는 성능이다”라고 말한다.

이 새로운 재료는 시판의 저렴한 물질을 이용, 2단계 반응으로 간단히 합성할 수 있다. 공기에 닿아도 성능이 유지된다는 특징을 가지고 있어, 보다 간단하게 태양전지 제조가 가능할 것으로 전망된다. 앞으로는 공장에서 양산하는 기술 개발 등을 추진할 계획이다. 연구 결과는 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 발표되었다.

페로브스카이트형 태양전지는 인쇄 기술로 제조가 가능, 구부릴 수 있어 다양한 장소에 이용할 수 있는 저렴한 차세대 태양전지로서 기대를 모으고 있다. 최근 세계적으로 연구 개발이 활발해지고 있는 가운데 22%의 발전 효율을 달성했다는 보고도 나오고 있다. 내구성이 실용화로의 과제로 남아있었다.

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