규소

May 16, 2023

미래지향적: 전통적인 태양광 발전 셀은 실리콘 반도체 화합물을 기반으로 하며, 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 데 있어 이론적 최대 효율은 29%인 것으로 알려져 있습니다. 그러나 두 번째 페로브스카이트 층을 기본 실리콘 층에 통합함으로써 태양 전지는 가까운 미래에 이 효율 임계값을 초과할 수 있는 잠재력을 갖습니다.

페로브스카이트는 칼슘 티타늄 산화물 광물과 동일한 결정 구조를 공유하는 화합물 종류입니다. 유연성이 뛰어난 이 소재는 초음파 기계, 메모리 칩, 발전용 태양전지 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 최근 연구에 따르면 페로브스카이트는 태양전지 산업을 새로운 수준의 발전 효율로 추진하는 "비밀 소스"가 될 수 있다고 합니다.

현재의 태양전지 기술은 최대 효율 수준에 빠르게 접근하고 있지만, 지구 온난화에 대한 중요한 완화 요소인 태양광 발전에 필요한 수준에는 여전히 부족합니다. 과학자들은 효율성이 30%를 넘어야 하며, 새로운 태양광 패널의 설치율이 현재 채택 수준에 비해 10배 증가해야 한다고 말합니다.

반도체 특성을 지닌 실리콘 베이스 위에 페로브스카이트 층을 추가하면 햇빛에서 포착하는 에너지의 양이 향상될 수 있습니다. 실리콘 층은 적색광에서 전자를 포착하고, 페로브스카이트 층은 청색광을 포착합니다. 향상된 에너지 흡수 능력은 태양 에너지의 전체 가격을 낮추어 태양광 패널의 더 빠른 배치와 채택을 가능하게 합니다.

과학자들은 효율적인 실리콘-페로브스카이트 태양전지 기술을 개발하는 데 수년을 보냈으며 2023년은 이 분야에서 중요한 이정표가 될 것으로 보입니다. 최근 연구 발전으로 실리콘-페로브스카이트 직렬 전지의 효율이 30% 이상으로 향상되었습니다. 발전 속도가 너무 빨라서 이 기술은 곧 상용 제품에서 향상된 기능을 선보일 것입니다.

사우디아라비아 킹 압둘라 과학기술대학교의 재료과학 및 공학 교수인 스테판 드 울프(Stefaan De Wolf)는 2023년에는 상당한 발전이 있을 것이라고 믿습니다. De Wolf 팀은 이미 실리콘-페로브스카이트 태양전지에서 33.7%의 효율 수준을 달성했지만 그들의 연구는 여전히 과학 저널에 게재되어야 합니다.

독일 헬름홀츠 재료 및 에너지 베를린 센터의 스티브 알브레히트(Steve Albrecht)가 이끄는 또 다른 그룹은 최근 최대 32.5%의 전력 변환 효율을 달성할 수 있는 직렬 실리콘-페로브스카이트 전지에 대한 연구를 발표했습니다. 스위스 로잔 연방 공과대학의 Xin Yu Chin이 이끄는 세 번째 그룹은 "고효율과 낮은 제조 비용의 가능성"을 지닌 직렬 전지를 사용하여 31.25%의 효율 수준을 입증했습니다.

De Wolf에 따르면, 30% 에너지 임계값을 초과하면 "고성능, 저비용 PV를 시장에 출시할 수 있다"는 자신감이 심어집니다. 태양광 발전 용량은 2022년에 1.2테라와트(TW)에 도달했으며, 지구 온난화와 온실가스로 인해 발생하는 가장 재앙적인 시나리오를 완화하려면 2050년까지 최소 75TW로 증가해야 합니다.

상업업계에서는 태양전지 효율을 높이기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 중국 최대 제조업체(LONGi)는 이미 실험실 효율성 33.5%에 도달했습니다. 다음 단계에는 효율적인 실리콘-페로브스카이트 탠덤 셀의 크기를 실험 조건(1cm 정사각형)에서 상용 수준 기능(15cm 정사각형)으로 확장하는 작업이 포함됩니다. De Wolf는 우리가 이 목표를 조만간 달성할 것이라고 확신합니다.