일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.9.13

도시바, 경량 페로브스카이트 태양전지
양산성 50배, 경량에 플렉시블

도시바는 2021년 9월 플렉시블 기판 위에 형성한 큰 면적 페로브스카이트 태양전지(PSC)로는 최고 수준의 변환 효율 15.1%를 달성했다.

도시바는 이전부터 ‘메니스커스 도포법’이라는 큰 면적의 기판 위에 균일하게 성막하기 쉬운 기술을 채용하고 있었다. 다만 크게 두 개의 과제가 있었다. 하나는 2스텝 프로세스였다는 것이다. 구체적으로는 페로브스카이트 층인 MAPbI3 막을 형성하는 데 전구체가 되는 요오드화납(PbI2) 잉크를 도포하고, 그것이 건조된 후에 요오드화 메틸암모늄(MAI) 잉크를 도포하는 순서였다. 이 프로세스의 경우는 막의 두께 방향으로 PbI2와 MAI의 반응 편차가 생겨 미반응의 PbI2나 MAI가 남는 일이 있었다고 한다. 또 하나의 과제는 원래 도포 가능한 속도가 각각 0.2m/분 이하로 늦었다는 것이다.

한편, 이번에는 PbI2와 MAI의 혼합 잉크를 1회 도포해서 그것을 반응시키는 방법을 채용했다. 실험실 등에서 사용하는 스핀 코팅 방법에서는 채용한 예가 있었지만 양산을 상정한 성막 프로세스에서는 처음이다. MAPbI3의 결정 성장에서 균일성을 유지하면서 제어하는 것이 어려웠다고 한다. 도포 속도는 최고 속도 6m/분으로 기존의 30배 이상이다. 게다가 2스텝이 1스텝이 됨으로써 스루풋은 50배 이상이 되었다고 한다.

막후 방향의 불균질성이 떨어짐으로써 변환 효율은 기존의 14.1%에서 1%포인트 향상했다.

도시바는 앞으로 이 기술을 한층 더 개선해, 2023년까지는 변환 효율에서 18% 이상, 수광부 면적에서는 900㎠, 그리고 현재 ‘10년 상당’을 달성하고 있는 태양광에 대한 내구성을 15년 이상으로 늘린 다음, 2025년의 양산 개시를 목표한다고 한다. “가볍고 플렉시블하기 때문에 빌딩의 벽면 등 지금까지 태양광 패널을 설치하기 어려웠던 장소에 사용할 수 있는 것을 어필해 나갈 계획이다”(도시바).

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