획기적인 태양 전지, 실내 조명 활용

유니버시티 칼리지 런던(UCL)이 이끄는 국제 연구팀은 실내 빛으로부터 효율적으로 에너지를 얻을 수 있는 내구성이 뛰어난 페로브스카이트 태양 전지를 개발했습니다. 이 기술은 키보드, 리모컨, 알람, 센서 등과 같은 저전력 장치를 배터리 없이 작동시킬 수 있도록 지원할 것으로 기대됩니다.

기존 실리콘 태양 전지와 달리 페로브스카이트는 실내광의 특정 파장을 더 잘 흡수하도록 조성을 조절할 수 있습니다. 그러나 이 소재는 종종 전자를 가두는 결정 결함("트랩")을 포함하고 있어 전류 흐름을 방해하고 열화를 촉진합니다.

Advanced Functional Materials 에 게재된 연구에서 연구팀은 이러한 결함을 줄이기 위해 세 가지 화학 물질을 결합했습니다. 여기에는 페로브스카이트 결정이 균일하게 성장하고 응력을 줄이는 데 도움이 되는 RbCl2(염화루비듐)와 요오드 및 브롬 이온을 안정화하여 분리 및 성능 저하를 방지하는 두 가지 다른 화학 물질이 포함됩니다.

"태양전지는 마치 조각조각 잘린 케이크처럼 많은 결함을 가지고 있습니다. 우리가 첨가한 세 가지 '성분'이 케이크를 하나로 합쳐 전류가 더 쉽게 흐르도록 했습니다. 이러한 결합 효과는 개별 구성 요소의 어떤 효과보다 강력합니다."라고 UCL 박사 과정생이자 주저자인 시밍 황은 설명합니다.

그 결과, 이 셀은 1,000룩스(사무실 밝기에 해당)의 실내 조명에 대해 37.6%의 변환 효율을 달성하여, 1.75eV의 밴드갭을 갖는 실내 조명에 최적화된 페로브스카이트 셀로서는 세계 기록을 세웠습니다. 예상 수명은 5년 이상으로, 이전 모델들이 몇 주 또는 몇 달 동안 사용했던 것보다 훨씬 길었습니다.

테스트 결과, 100일 이상 경과 후에도 새 배터리는 초기 성능의 92%를 유지한 반면, 대조군은 76%를 유지했습니다. 극한 조건(55°C에서 300시간 연속 강광)에서 새 배터리는 76%의 성능을 유지한 반면, 대조군은 47%에 그쳤습니다.

모이타바 압디 잘레비(UCL) 부교수는 "현재 수십억 개의 소형 전력 소모 기기가 배터리 교체에 의존하고 있는데, 이는 지속 불가능한 관행입니다. 저희의 페로브스카이트 태양 전지는 일반적인 소재로 제작되고 제조가 간편하며 신문처럼 인쇄할 수도 있기 때문에 더 많은 에너지를 수집하고, 더 오래 지속되며, 더 저렴한 비용으로 제작할 수 있습니다."라고 말했습니다.