태양전지로 쓰이는 실리콘과 페로브 스카이트 비교

광전지라고도 하는 태양 전지는 햇빛을 전기 에너지로 변환합니다. 우선 태양 전지의 기본 작동 원리를 알려드릴게요.

 

태양광 흡수: 햇빛이 태양 전지에 닿으면 전지의 반도체 재료에 의해 흡수됩니다. 이 반도체 재료는 일반적으로 실리콘으로 만들어지며 실리콘은 인접한 원자와 공유 결합을 형성할 수 있는 4개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 좋은 반도체입니다.

 

 

전기장의 생성: 햇빛이 흡수되면 햇빛의 에너지가 반도체 재료의 전자로 전달되어 여기 상태가 되고 원자에서 분리됩니다. 이는 과잉 전자 영역과 반도체 재료 내에 양전하를 띤 "정공" 영역을 생성하여 전지 전체에 전기장을 생성합니다.

 

 

전자의 이동: 세포 내부의 전기장은 자유 전자가 과도한 양전하를 가진 세포 쪽으로 이동하여 전기의 흐름을 생성합니다.

 

 

전기 수집: 전기의 흐름은 외부 회로에 연결된 태양 전지의 상단과 하단에 있는 금속 접점에 의해 수집됩니다. 이를 통해 태양 전지에서 생성된 전기를 장치에 전원을 공급하거나 배터리에 저장할 수 있습니다.

 

 

태양 전지는 태양 전지판에 결합되어 더 많은 양의 전기를 생성할 수 있습니다. 태양광 전지의 효율은 받는 햇빛의 양, 전지의 재질, 전지의 설계와 같은 요인에 따라 달라집니다.

 

 

 

최근 친환경 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 덩달아 태양광에도 관심이 많이 쏠리고 있는 상황인데요. 그래서 오늘은 태양전지 소재의 양대산맥인 실리콘과 페로브스카이트를 비교하는 시간을 갖도록 해보겠습니다.

 

우선 페로브스카이트를 잠깐 소개하고 넘어가겠습니다.

 

 

페로브스카이트는 태양광을 전기에너지로 전환하는 효율이 높아 태양전지 분야에서 큰 주목을 받고 있는 소재다. 페로브스카이트는 광물인 티탄산칼슘에서 최초로 규명된 결정 구조를 갖고 있으며, 러시아 광물학자 레프 페로브스키의 이름을 따서 명명되었습니다.

페로브스카이트 태양 전지는 일반적으로 두 개의 전극 사이에 끼워진 페로브스카이트 물질의 박막으로 만들어집니다. 페로브스카이트 재료는 햇빛에서 광자를 흡수하여 전하로 변환하는 집광층입니다. 그런 다음 전하가 전극으로 이동하고 수집되어 전기를 생성합니다.

페로브스카이트 태양 전지는 기존의 실리콘 기반 태양 전지에 비해 저렴한 비용, 쉬운 제조 공정, 낮은 조명 조건에서 더 높은 효율성 등 몇 가지 장점이 있습니다. 그러나 페로브스카이트 태양 전지는 습기가 있을 때 불안정하고 시간이 지남에 따라 내구성이 제한되는 등 몇 가지 문제가 있습니다.

이러한 문제를 해결하고 페로브스카이트 태양 전지의 성능을 개선하기 위한 연구가 진행 중입니다. 태양 전지 외에도 페로브스카이트는 발광 다이오드, 트랜지스터 및 센서와 같은 다른 영역에서 잠재적인 응용 분야를 가지고 있습니다.

 

 

 

실리콘과 페로브스카이트는 태양 전지를 만드는 데 사용되는 대표적인 재료이며 둘 다 장단점이 있습니다. 구체적으로 비교해보겠습니다.

 

 

효율성: 페로브스카이트 태양 전지는 실리콘 태양 전지보다 더 효율적일 가능성이 있으며, 일부 연구에서는 페로브스카이트 전지의 전환 효율이 25% 이상인 반면 실리콘 전지는 일반적으로 효율이 15~20% 범위인 것으로 나타났습니다. 그러나 페로브스카이트 전지는 안정성이 떨어질 수 있으며 시간이 지남에 따라 효율성이 급격히 떨어질 수 있습니다.

 

 

비용: 실리콘 태양 전지는 더 성숙하고 더 오랜 기간 동안 더 많은 양으로 생산되었습니다. 즉, 제조 공정이 더 발전했으며 결과적으로 페로브스카이트 전지보다 생산된 에너지의 와트당 비용이 더 낮습니다. 그러나 페로브스카이트 전지는 제조 공정이 간단하기 때문에 더 저렴할 가능성이 있습니다.

 

 

유연성: 페로브스카이트 태양 전지는 유연하고 얇게 만들 수 있으므로 다양한 응용 분야에 보다 다양하고 쉽게 통합할 수 있습니다. 실리콘 태양 전지는 일반적으로 더 두껍고 단단하여 응용 분야가 제한됩니다.

 

 

내구성: 실리콘 태양 전지는 내구성으로 알려져 있으며 성능 저하를 최소화하면서 수십 년 동안 사용할 수 있습니다. 반면에 페로브스카이트 전지는 덜 안정적이며 습기와 열에 노출되면 빠르게 분해될 수 있습니다.

 

 

환경적 영향: 실리콘 태양 전지는 상대적으로 무독성이며 제조 공정에서 일부 독성 물질을 사용해야 하는 페로브스카이트 전지보다 환경에 미치는 영향이 적습니다.

 

요약하면, 페로브스카이트 전지는 실리콘 전지보다 더 효율적이고 저렴할 가능성이 있지만 여전히 덜 안정적이고 내구성이 떨어지며 이러한 문제를 극복하기 위해 추가 연구가 필요합니다. 실리콘 전지는 현재 더 성숙하고 와트당 비용이 낮으며 장기적으로 더 신뢰할 수 있어 오늘날 태양 전지에 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다. 하지만 대한민국의 석상일 교수님과 UNIST 연구팀이 연일 페로브스카이트의 연구성과를 세계에 알리며 선전하고 있으니 언제 시장이 뒤바뀔지 모를 일입니다. 대한민국의 페로브스카이트 연구를 응원합니다.