지식나눔

perovskite solar cell 최근 연구 동향과 상용화 가능성에 대한 전문가분의 의견을 듣고싶습니다.

안녕하세요. 최근 친환경 에너지가 각광 받고 있는데,
특히 태양광에너지분야에서 Perovskite Solar cell이 
기존에 사용되던 Si재료 만큼 효율과 내구성이 개선되었다고 들었습니다.
최신 연구 동향이나, 상용화와 관련된 내용이 궁금해서 여쭤봅니다.
논문이나 보고서를 보면 너무 긍정적인 내용들이 많기에
관련 분야에서 연구중이신 코센 전문가님들은 추후 상용화에 대한 의견은 어떠신지요?
  • Solarcell
  • Perovskite
  • 태양전지
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각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
답변 4
  • 답변

    김종훈님의 답변

    같은 질문을 주신분이 있었어서 현재 perovskite를 연구중이신 분의 좋은 답변이 되는 것이 있어 인용하였습니다 아래 참고바랍니다.


    골드등급 loveichem  ㅣ2017/10/25 18:40:21

    1. 가정집에 설치해 한전에 전기를 파는 방식으로 돈을 아끼거나 벌 수 있습니다. 당연히 아직까지는 실리콘 기반이고 광전변환효율 10~15% 정도이기만 지역, 기후, 날씨에 영향을 많이 받기 때문에 설치할 때 장소 고려를 많이 해야합니다. 수명은 예전에 10년~20년이라고 했지만 판에 이물질 제거 등 청소를 잘 하고 관리 잘 해주면 20~30년은 쓸 수 있습니다.

    2. 아직은 페로브스카이트가 나온지 얼마 안되서 연구개발 많이 해야합니다. 작은 소자 효율로는 한국화학연구원이 22.1%까지 도달했고 (실제 학회에서 강연 들어보면 25% 대의 소자도 있다고 합니다.) 안정성은 1~2000 시간까지 95%이상의 효율을 유지하는 것으로 알고 있습니다. 소재 자체가 거의 무기물이라 안정성은 문제가 안 될 것 같습니다. 대면적 10 cm2 정도의 소자에서는 ~10~12% 정도의 효율을 보인다고 보고 되어있는데 그렇게 보면 거의 상용화된 실리콘 태양전지보다 약간 낮은 정도입니다. 상용화에는 대략 10년이상은 걸리지 않을까 생각되는데요. 제일 큰 문제는 역시 재료로 납을 사용해 환경 문제가 있다는 것이죠. 최근에는 납 대신에 다른 보다 안전한 금속이온을 사용한재료가 개발되고 있는데 작은 소자의 효율이 10%대로 알고 있습니다.  광활성층 재료뿐만 아니라 홀,전자 이동층의 개선까지 다 연구개발되려면 시간이 많이 걸리겠죠.


        

    hki1030
    | 2017/10/24

    안녕하세요. 페로브스카이트 태양전지 연구원입니다. 제 답변이 정답은 아니겠지만 아는한도에서 말씀드리겠습니다. 1. 지금 가정에서 또는 길거리에서 볼수있는 상용화된 태양전지는 실리콘기반 태양전지입니다. 상용화된 다른 태양전지들도 있지만 효율이 좋은반면에 가격이 너무비싸서 우주산업 등 특수 분야에서만 사용됩니다.. 흔히 구입할수있는 태양전지는 실리콘기반이며 효율은 이것도 종류에 따라 다르지만 대게 광전변환효율 10~15% 정도라 생각하시면 됩니다. 수명은 10년~20년은 쓴다고 하는데 이부분까지는 확실히 모르겠네요.. 요즘 많은 사람들이 태양광(실리콘) 설치해서 돈버는것에 관심이 많으신대 제가 알아본바로는 좋은 돈벌이는 맞지만, 설치할 땅 구매 비용과 태양광 패널 설치 비용 등 초기 투자 비용을 잘 알아보고 최대한 적게 들이고 시작해야 빨리 상환하고 돈을 벌기시작한다고 들었습니다.. 2. 실리콘 태양전지를 대체할 미래 태양전지 후보들이 많지만 여전히 가장 큰 관심을 받는것은 페로브스카이트 태양전지입니다. 연구실 수준의 작은 소자이긴하지만 실리콘태양전지에 버금가는 효율을 보이고 있어 그 잠재력이 기대가 되면서 동시에 실리콘이 하기힘든 용액공정 기반 인쇄방식을 통해 소자 제작이 가능하기 때문에 가격경쟁력도 갖출수 있지 않을까 기대되는 물질입니다. 현재 세계최고효율은 한국화학연구원에서 22.1%를 달성했습니다.(https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png) 하지만 아직 작은 소자에서의 효율이기 때문에 상업화를 위해서 넓은 면적에서도 적어도 10% 이상의 효율을 달성해야하고, 말씀하신대로 수명 문제도 해결해야합니다. 효율, 수명 문제 모두 연구실 단계 작은 소자에서는 많은 성과를 이뤘습니다 하지만, 상용화를 위해서 scale-up연구는 아직 더 많은 연구가 진행되어야하고 scale-up과 동시에 큰 면적에서 효율, 수명에 대한 문제해결도 같이 이뤄져야합니다. 글쎄요.. 상용화가 언제쯤 가능할지는 감히 말씀드리기 어렵네요. 하지만 연구실 수준에서 벗어나 (학교 및 연구실은 기초적인 연구를 계속진행하면서 동시에) 기업에서 관심을 가지고 본격적으로 연구를 시작하면 5년~10년 안에 가능하지 않을까 생각됩니다. 물론 아주 많은 도전과제들을 해결한다면 말입니다.. 요즘 탈원전 신재생에너지 이야기가 많이나오는데, 정치적인것을 떠나서 환경 및 안정성을 생각해서 태양전지 등 많은 미래에너지 개발에 대한 관심과 투자는 올바른 방향이라 생각합니다. 우리나라 또한 태양전지 분야에서 최고기술력을 가진 나라이기 때문에 앞으로 계속 좋은 성과를 내고 세계에서 선두자리를 놓치지않도록 더 많은 응원과 관심부탁드립니다. 저도 페로브스카이트 태양전지를 연구하는 사람으로서 더 열심히 하겠습니다.

                     

    같은 질문을 주신분이 있었어서 현재 perovskite를 연구중이신 분의 좋은 답변이 되는 것이 있어 인용하였습니다 아래 참고바랍니다.


    골드등급 loveichem  ㅣ2017/10/25 18:40:21

    1. 가정집에 설치해 한전에 전기를 파는 방식으로 돈을 아끼거나 벌 수 있습니다. 당연히 아직까지는 실리콘 기반이고 광전변환효율 10~15% 정도이기만 지역, 기후, 날씨에 영향을 많이 받기 때문에 설치할 때 장소 고려를 많이 해야합니다. 수명은 예전에 10년~20년이라고 했지만 판에 이물질 제거 등 청소를 잘 하고 관리 잘 해주면 20~30년은 쓸 수 있습니다.

    2. 아직은 페로브스카이트가 나온지 얼마 안되서 연구개발 많이 해야합니다. 작은 소자 효율로는 한국화학연구원이 22.1%까지 도달했고 (실제 학회에서 강연 들어보면 25% 대의 소자도 있다고 합니다.) 안정성은 1~2000 시간까지 95%이상의 효율을 유지하는 것으로 알고 있습니다. 소재 자체가 거의 무기물이라 안정성은 문제가 안 될 것 같습니다. 대면적 10 cm2 정도의 소자에서는 ~10~12% 정도의 효율을 보인다고 보고 되어있는데 그렇게 보면 거의 상용화된 실리콘 태양전지보다 약간 낮은 정도입니다. 상용화에는 대략 10년이상은 걸리지 않을까 생각되는데요. 제일 큰 문제는 역시 재료로 납을 사용해 환경 문제가 있다는 것이죠. 최근에는 납 대신에 다른 보다 안전한 금속이온을 사용한재료가 개발되고 있는데 작은 소자의 효율이 10%대로 알고 있습니다.  광활성층 재료뿐만 아니라 홀,전자 이동층의 개선까지 다 연구개발되려면 시간이 많이 걸리겠죠.


        

    hki1030
    | 2017/10/24

    안녕하세요. 페로브스카이트 태양전지 연구원입니다. 제 답변이 정답은 아니겠지만 아는한도에서 말씀드리겠습니다. 1. 지금 가정에서 또는 길거리에서 볼수있는 상용화된 태양전지는 실리콘기반 태양전지입니다. 상용화된 다른 태양전지들도 있지만 효율이 좋은반면에 가격이 너무비싸서 우주산업 등 특수 분야에서만 사용됩니다.. 흔히 구입할수있는 태양전지는 실리콘기반이며 효율은 이것도 종류에 따라 다르지만 대게 광전변환효율 10~15% 정도라 생각하시면 됩니다. 수명은 10년~20년은 쓴다고 하는데 이부분까지는 확실히 모르겠네요.. 요즘 많은 사람들이 태양광(실리콘) 설치해서 돈버는것에 관심이 많으신대 제가 알아본바로는 좋은 돈벌이는 맞지만, 설치할 땅 구매 비용과 태양광 패널 설치 비용 등 초기 투자 비용을 잘 알아보고 최대한 적게 들이고 시작해야 빨리 상환하고 돈을 벌기시작한다고 들었습니다.. 2. 실리콘 태양전지를 대체할 미래 태양전지 후보들이 많지만 여전히 가장 큰 관심을 받는것은 페로브스카이트 태양전지입니다. 연구실 수준의 작은 소자이긴하지만 실리콘태양전지에 버금가는 효율을 보이고 있어 그 잠재력이 기대가 되면서 동시에 실리콘이 하기힘든 용액공정 기반 인쇄방식을 통해 소자 제작이 가능하기 때문에 가격경쟁력도 갖출수 있지 않을까 기대되는 물질입니다. 현재 세계최고효율은 한국화학연구원에서 22.1%를 달성했습니다.(https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png) 하지만 아직 작은 소자에서의 효율이기 때문에 상업화를 위해서 넓은 면적에서도 적어도 10% 이상의 효율을 달성해야하고, 말씀하신대로 수명 문제도 해결해야합니다. 효율, 수명 문제 모두 연구실 단계 작은 소자에서는 많은 성과를 이뤘습니다 하지만, 상용화를 위해서 scale-up연구는 아직 더 많은 연구가 진행되어야하고 scale-up과 동시에 큰 면적에서 효율, 수명에 대한 문제해결도 같이 이뤄져야합니다. 글쎄요.. 상용화가 언제쯤 가능할지는 감히 말씀드리기 어렵네요. 하지만 연구실 수준에서 벗어나 (학교 및 연구실은 기초적인 연구를 계속진행하면서 동시에) 기업에서 관심을 가지고 본격적으로 연구를 시작하면 5년~10년 안에 가능하지 않을까 생각됩니다. 물론 아주 많은 도전과제들을 해결한다면 말입니다.. 요즘 탈원전 신재생에너지 이야기가 많이나오는데, 정치적인것을 떠나서 환경 및 안정성을 생각해서 태양전지 등 많은 미래에너지 개발에 대한 관심과 투자는 올바른 방향이라 생각합니다. 우리나라 또한 태양전지 분야에서 최고기술력을 가진 나라이기 때문에 앞으로 계속 좋은 성과를 내고 세계에서 선두자리를 놓치지않도록 더 많은 응원과 관심부탁드립니다. 저도 페로브스카이트 태양전지를 연구하는 사람으로서 더 열심히 하겠습니다.

                     

    이수웅(ecb2c) 2018-04-09

    답변 감사드립니다. 참고 하겠습니다. 행복한 하루 되십시요.

  • 답변

    정연학님의 답변

    한국화학연구원은 서장원 박사 연구팀이 최근 개발한 페로브스카이트 태양전지 효율이 세계 최고 수준인 22.7%를 기록해 NREL로부터 공식 인증을 받았다. 
    기존 실리콘 태양전지나 박막 태양전지보다 태양의 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 효율이 좋고 생산 비용이 저렴해 차세대 태양전지 기술로 각광받고 있다.
    페로브스카이트 소재 조성을 변화시키고 결함을 최소화해 효율을 높여왔지만, 이번에는 태양전지 소자 전압을 높이기 위한 연구를 수행해 태양전지 효율을 크게 향상시켰다. 연구팀은 이 방법을 활용해 앞서 2016년 3월에 얻은 22.1%의 효율을 약 1년여 만에 갱신했다.
     

    석상일 UNIST교수 연구팀이 세계 최고 효율의 ‘무/유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지’ 기술을 개발해 ‘사이언스(Science)’ 2017년 6월 30일자 온라인판에 발표했다. .

    이 기술의 핵심은 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 떨어뜨리는 것으로 알려진 할로겐화물의 결함(defect)을 잡은 것이다. 석상일 교수는 “기존 최고 인증 효율 20.1%를 22.1%로 향상시킬 수 있는 기술”이라며 “미래 태양전지로 주목받는 저비용?고효율 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성을 높였다”고 의미를 강조했다.
    페로브스카이트 태양전지 소자의 에너지 변환효율은 22.1%로 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증됐다


     “페로브스카이트 태양전지는 미래 신산업 창출이 가능한 핵심 태양광 기술이지만 안정성과 대면적 모듈 제조라는 해결해야 할 과제가 아직 남아있다
     
    한국화학연구원은 서장원 박사 연구팀이 최근 개발한 페로브스카이트 태양전지 효율이 세계 최고 수준인 22.7%를 기록해 NREL로부터 공식 인증을 받았다. 
    기존 실리콘 태양전지나 박막 태양전지보다 태양의 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 효율이 좋고 생산 비용이 저렴해 차세대 태양전지 기술로 각광받고 있다.
    페로브스카이트 소재 조성을 변화시키고 결함을 최소화해 효율을 높여왔지만, 이번에는 태양전지 소자 전압을 높이기 위한 연구를 수행해 태양전지 효율을 크게 향상시켰다. 연구팀은 이 방법을 활용해 앞서 2016년 3월에 얻은 22.1%의 효율을 약 1년여 만에 갱신했다.
     

    석상일 UNIST교수 연구팀이 세계 최고 효율의 ‘무/유기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지’ 기술을 개발해 ‘사이언스(Science)’ 2017년 6월 30일자 온라인판에 발표했다. .

    이 기술의 핵심은 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 떨어뜨리는 것으로 알려진 할로겐화물의 결함(defect)을 잡은 것이다. 석상일 교수는 “기존 최고 인증 효율 20.1%를 22.1%로 향상시킬 수 있는 기술”이라며 “미래 태양전지로 주목받는 저비용?고효율 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성을 높였다”고 의미를 강조했다.
    페로브스카이트 태양전지 소자의 에너지 변환효율은 22.1%로 미국 재생에너지연구소(NREL)에서 공식 인증됐다


     “페로브스카이트 태양전지는 미래 신산업 창출이 가능한 핵심 태양광 기술이지만 안정성과 대면적 모듈 제조라는 해결해야 할 과제가 아직 남아있다
     
    이수웅(ecb2c) 2018-04-09

    답변 감사드립니다. 참고 하겠습니다. 행복한 하루 되십시요.

  • 답변

    정연학님의 답변

    페로브스카이트 태양전지DB 자료니 참고 바랍니다.
    페로브스카이트 태양전지DB 자료니 참고 바랍니다.
    이수웅(ecb2c) 2018-04-09

    답변 감사드립니다. 참고 하겠습니다. 행복한 하루 되십시요.

  • 답변

    정연학님의 답변

    db/무기 하이브리형 페로브스카이트(organic/inorganic hybrid-type perovskite) 소재는 차세대 태양전지의 광흡수층으로서 최근 많은 관심을 끌고 있다.
    db/무기 하이브리형 페로브스카이트(organic/inorganic hybrid-type perovskite) 소재는 차세대 태양전지의 광흡수층으로서 최근 많은 관심을 끌고 있다.
    이수웅(ecb2c) 2018-04-09

    답변 감사드립니다. 참고 하겠습니다. 행복한 하루 되십시요.