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- 2022년 여름, 로잔 폴리테크닉 대학교(EPFL)의 팀이 처음으로 30% 값 돌파
- HZB의 과학자들, 입사 태양 복사의 32.5%를 달성. 실리콘과 페로브스카이트로 구성
- "이것은 우리가 몇 달 전에는 예측하지 못했던 큰 도약이다"

탠덤 태양 전지의 새로운 세계 기록
실리콘과 페로브스카이트로 만든 결합 모듈, 32.5% 효율 달성

광전지 효율 향상:
독일 연구팀이 직렬식 태양 전지 효율에 대한 새로운 세계 기록을 세웠다. 실리콘 베이스 셀과 페로브스카이트 상단 셀의 조합은 입사 태양 에너지의 32.5%를 전기로 변환한다. 이러한 발전은 특별한 나노텍스처와 인터페이스 조정을 통해 이루어졌다. 팀에 따르면, 이 기록은 이러한 탠덤 태양 전지의 큰 잠재력을 강조한다. 

▲ 페로브스카이트와 실리콘으로 만들어진 이 새로운 탠덤 태양 전지는 효율성에 대한 새로운 세계 기록을 세웠다. © Johannes Beckedahl/Lea Zimmerman/ HZB

광전지는 에너지 전환의 중요한 기둥이다. 그러나 태양 에너지를 전기로 변환하는 것이 얼마나 효율적인지는 사용되는 태양 전지의 효율성과 설계에 달려 있다. 기존 실리콘 태양광 모듈의 효율은 30%보다 훨씬 낮고 유기 박막 태양전지는 최대 22%를 달성한다. 그러나 서로 다른 갈륨-인듐 화합물로 만든 여러 개의 태양 전지의 경우와 같이 서로 다른 반도체와 서로 다른 흡수 스펙트럼으로 만든 셀을 결합하여 효율을 높일 수 있다.

반도체 조합으로 햇빛을 더 잘 활용

또 다른 유망한 접근 방식은 실리콘과 페로브스카이트의 조합으로 만든 직렬 태양 전지다. 실리콘은 주로 태양 복사의 장파장 적색 및 적외선 부분을 흡수하지만 페로브스카이트 층은 청색 스펙트럼의 빛을 매우 효율적으로 사용한다. 일반적으로 이러한 탠덤 셀은 페로브스카이트가 맨 위에 있는 동안 실리콘이 맨 아래 셀을 형성하는 방식으로 구성된다.

최근 몇 년 동안 이러한 탠덤 태양 전지의 효율성이 지속적으로 증가했다. 2015년의 기록은 18%였지만 2021년 말 베를린 소재 및 에너지를 위한 Helmholtz 센터(HZB)의 연구원은 거의 30%의 효율성을 달성했다. 이를 위해 그들은 태양 전지에 특수하고 주기적인 나노 텍스처를 도입했다. 2022년 여름, 로잔 폴리테크닉 대학교(EPFL)의 팀이 처음으로 30% 값을 돌파했다.

▲ 직렬 태양 전지의 구조. 페로브스카이트 층은 주로 청색의 단파장 광 성분을 흡수하는 반면, 실리콘 서브 셀은 주로 태양광의 적색 및 근적외선 성분을 흡수한다. © Eike Koehnen/HZB

몇 가지 수정을 조합해 기록 세워

이제 또 다른 기록이 있다. HZB의 과학자들은 입사 태양 복사의 32.5%를 전기 에너지로 변환하는 실리콘과 페로브스카이트로 만든 탠덤 태양 전지를 개발했다. 이는 세계 기록이다. HZB의 스티브 알브레히트(Steve Albrecht)는 "이것은 우리가 몇 달 전에는 예측하지 못했던 큰 도약이다"고 말했다. 새로운 기록값은 이탈리아의 유럽 태양광 테스트 설비(ESTI)에서 측정되고 공식적으로 확인됐다. 그는 또한 그전에 미국 국립 재생 에너지 연구소의 태양 전지 기술에 대한 글로벌 리뷰에도 등재되었다.

몇 가지 조정을 조합하여 진행되었다. 여기에는 개선된 페로브스카이트 연결과 태양 전지 표면의 특수 수정이 포함된다. 연구원들은 반도체에서 전하의 재결합으로 인한 손실이 더 잘 억제되는 인터페이스 수정을 개발했다. 모든 수정 사항을 조합해 최대 개방 회로 전압 및 효율 값을 얻었다.
큰 잠재력

HZB의 과학 책임자인 Bernd Rech는 "32.5%에서 HZB 탠덤의 태양 전지 효율은 이제 이전에 값비싼 III/V 반도체에 의해서만 달성되었던 범위에 있다"고 설명했다. Albrecht는 다음과 같이 덧붙였다. "이것은 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양 전지가 지속 가능한 에너지 공급과 향후 전환점에 기여할 수 있는 높은 잠재력을 보여준다.”
출처: Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy GmbH

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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