일본산업뉴스요약

휘어지는 태양전지의 내구성 향상
게이오대학 등, 표면에 탄소소재 박막 부착

게이오기주쿠(慶応義塾)대학의 스즈키(鈴木) 교수팀은 나노테크(지바 현)와 공동으로 얇고 휘어지는 태양전지의 내구성을 높이는 기술을 개발했다. 두께 20나노미터 정도의 탄소 소재 투명한 박막을 전지의 표면에 부착했다. 부착한 박막은 휘어질 뿐만 아니라 빛의 투과성 또한 높아 태양전지의 성능은 달라지지 않는다고 한다. 연구팀은 4~5년 후에 대형 태양전지를 이용한 실증실험을 목표로 하고 있다.

얇고 휘어지는 태양전지인 ‘페로브스카이트(Perovskite) 태양전지’는 기존의 태양전지 설치가 어려운 빌딩의 벽면이나 곡선으로 된 건물 옥상 등에 설치가 가능하다. 인쇄기술을 이용했기 때문에 낮은 비용과 큰 면적의 태양전지를 제조할 수 있다는 이점이 있다.

하지만 내구성이 낮다는 문제를 가지고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트라고 하는 결정 구조를 통해 빛을 흡수한다. 이 결정은 물이나 산소에 약하고, 결정이 부서지면 빛에서 전기로의 변환효율이 저하된다. 표면을 통해 침투하는 산소와 수분이 전지 노후화의 원인이 되고 있다.

연구팀은 단단한 탄소 소재인 ‘다이아몬드라이크카본(Diamond Like Carbon, DLC)’을 이용했다. DLC는 내구성과 내마찰성이 높다. 또한 기체를 투과시키지 않는 성질이 있어 패트병 등에 DLC의 박막을 부착해 수소가 들어가지 않도록 해 내용물의 열화(劣化)를 막는 등의 용도로 이용되고 있다.

연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 표면에 DLC 막을 부착했다. 전극 위에 페로브스카이트 태양전지를 올리고 원료가 되는 탄화수소가스 안에서 전압을 가한다. 그러면 플라즈마가 발생해 탄화수소가 분해되고 태양전지 표면에 탄소와 수소가 축적되어 DLC 막이 만들어진다. 3초 정도 전압을 가하면 20나노미터 정도 두께의 막이 태양전지 위에 형성된다.

연구팀은 DLC의 수증기 투과율을 15분의 1 이하로 낮추는데 성공. 또한 DLC에 함유되어 있는 수소의 농도를 높여 빛의 투과율을 80~90%로 높일 수 있었다.

실제로 연구실에서 만든 페브스카이트 태양전지 위에 DLC를 붙여 변환효율을 조사했다. 박막이 없는 태양전지에 비해 변환효율이 약 3배 향상되었고, 저하 속도는 늦춰졌다. 박막이 태양전지의 표면에 부착되어도 성능에는 아무 문제가 없었고 DLC로 인해 내구성은 향상되었다고 한다.

앞으로 연구팀은 DLC 조성 및 구조를 조절함으로써 내구성을 높이고 태양전지 성능을 저하시키지 않는 박막 개발을 목표로 하고 있다. DLC가 두꺼울수록 내구성은 향상되지만, 균열이 생기거나 깨지기 쉬워진다. 연구팀은 적절한 두께의 DLC를 검토하고 있다.

또한 연구팀은 페로브스카이트 태양전지를 개발하는 연구 그룹과 협력해 고성능 태양전지도 박막을 통해 내구성이 향상되는지 여부를 조사하고 있다.

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