페로브스카이트 소재가 적용된 태양전지 핵심 기술 동향
1. 개요
페로브스카이트(Perovskite)란 명칭은 초기에는 CaTiO3의 화학식을 가진 칼슘 티탄산염으로 구성된 광물의 이름에서 유래되었으나, 후에 CaTiO3와 동일한 결정구조를 가진 화합물을 일컫는 말로 확장되어 사용되고 있다[1,2]. 페로브스카이트 태양전지는 2009년 미야사카 그룹에서 유무기 페로브스카이트 물질이 염료감응형 태양전지의 광흡수층으로 사용될 수 있음을 밝힌 이래로 관련 연구가 비약적으로 증가하였다[4] [그림 1]. 페로브스카이트 태양전지는 저온 용액공정으로 인해 태양전지 생산의 저가화가 가능하며, 높은 광흡수성과 우수한 전하 이동능력에 의해 전력변환효율이 25% 이상으로 고효율을 보여 가장 기대되는 차세대 태양전지로 가능성을 인정받고 있다[5].
유무기 페로브스카이트는 일반적으로 ABX3의 화학조성을 지니며, A와 B는 양이온이고, X는 산소나 Cl, Br, I 등의 할로겐 원자이다[1,3]. 표 1은 페로브스카이트 주요 후보물질을 나타낸다[4]. 이중 CH3NH3PbI3는 페로브스카이트 태양전지 제작에 가장 널리 사용되는 물질이다.
페로브스카이트 태양전지의 구조는 일반적으로 박막의 단순 적층구조이며, 투명전극 기준으로 전자이동 방향에 따라 정구조(normal structure) 및 역구조(inverted structure), 투명전극 상단 전하수송층 모양 기준으로 다공성(mesoscopic) 및 평판형(planar)으로 구분된다[5] [그림 2]. 현재 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 효율은 한국화학연구원과 MIT가 공동연구한 25.2%이다[10] [그림 3]. 본 보고서는 대면적 페로브스카이트 태양전지 개발을 위한 핵심기술 및 주요 상용화 관련 이슈에 대해 다루고자 한다.