일본이 페로브스카이트 태양전지 표준 면적(1cm²)의 셀에서 18% 넘는 에너지 변환효울 달성에 성공했다. 일본은 올해 20%까지 효율을 높인다는 계획이다.

일본에너지개발기구(NEDO)는 지난 28일 국립 연구개발법인 물질재료 연구기구(NIMS)와 페로브스카이트 태양 전지의 표준 면적(1cm²)의 셀에서 18%를 넘는 에너지 변환 효율을 달성했다고 밝혔다.

현재 실리콘계 태양전지는 생산량의 확대로 인한 제조 비용이 크게 낮아져 태양전지계의 주력 품목이지만 화력등 기존의 발전방법과 비교하면 발전 원가가 아직도 높아 저비용 고효율 태양 전지의 개발이 요구되고 있었다.

페로브스카이트 태양 전지는 비교적 값싼 재료로 구성되어 있으며, 간단한 방법으로 대량 생산이 가능해, 낮은 제조비용의 태양전지로 주목을 받고 있다.

이런 가운데 NEDO와 NIMS는 페로브스카이트층의 고품질화와 태양 전지 구조의 고성능화 최적화하고 이번에 1cm 네모난 셀에서 에너지 변환 효율 18.2%를 달성했다.

연구진은 태양광의 흡수 효율을 올리기 위해서 페로브스카이트 재료의 2종류의 양이온의 혼합을 최적화해 일부 요오드를 브롬으로 대체함으로써 페로브스카이트층에서 결함이 적은 큰 결정 입자를 얻었다.

이에 따라 광조사에 형성된 전자와 홀을 효율적으로 꺼냄이 가능해져 단락 전류 밀도를 21mA/cm²이상으로 향상시킬 수 있었다.

또한 페로브스카이트층, 전자 수송층, 전자 추출층 등의 재료와 막후의 최적화에 관한 검토하고 태양 전지 내부의 전기 저항을 저감함으로써 태양 전지의 곡선 인자를 20% 정도 올리는데 성공했습니다.

상기 성과를 바탕으로 만들어진 1cm 네모난 태양 전지에 대해서 국립 연구 개발 법인 산업 기술 종합 연구소(AIST)태양광 발전 연구 센터에서 측정한 결과 변환 효율 18.2%가 확인되었습니다.

NEDO측은 “이번 면적 1cm²의 셀에서 변환 효율 18.2%가 실현으로 프로젝트의 목표인 변환 효율 20%이상이 시야에 들어왔다”며 “앞으로 이를 바탕으로 고성능 재료의 배합과 각층의 막후의 최적화 등을 검토하고, 올해 안에 1cm 네모난 페로브스카이트 태양 전지로 변환 효율 20%를 목표로 할것”이라 밝혔다.

NEDO는 민간 기업과 공동으로 이러한 성과의 실용화 연구를 적극 추진함으로써 기존 화력 발전 수준의 비용(7엔/kWh)을 실현하고 새로운 태양 전지의 보급에 공헌한다는 계획이다.

한편, NEDO는 태양광 발전 개발 전략으로 발전 비용 7엔/kWh를 실현하는 태양 전지로 ‘고성능·고 신뢰성 태양열 발전의 발전 비용 저감 기술 개발’프로젝트를 추진하고 있다.