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벨기에 루벤 대학(KU Leuven), 겐트 대학(Ghent University), 미국 웨스턴 워싱턴 대학(Western Washington University), 캐나다 토론토 대학(University of Toronto)의 연구진은 태양광을 전기로 변환시키는데 유망한 페로브스카이트를 안정화시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이 결정은 흑색으로 바뀌면서 햇빛을 흡수할 수 있다. 이것은 제조하기가 쉽고 효율이 높은 새로운 태양전지에 적용될 수 있을 것이다. 페로브스카이트는 실온에서 황색을 띤다. 이 결정체가 햇빛을 효율적으로 흡수하고 이것을 전기로 변환시키면 흑색으로 바뀐다. 실리콘은 매우 강하고 단단한 결정체를 형성한다. 그래서 거의 모양이 바뀌지 않는다. 반면에 페로브스카이트는 훨씬 부드럽고 가단적이다. 이번 연구진은 페로브스카이트 태양전지 박막을 유리와 결합시킴으로써 페로브스카이트가 흑색 상태를 유지할 수 있다는 것을 발견했다. 제조 공정을 보면, 박막을 섭씨 330도까지 가열시켜서 페로브스카이트를 팽창시킨 후에 유리와 부착시킨다. 가열 후에, 박막은 실온으로 급속하게 냉각시킨다. 이런 프로세스는 결정 속의 원자들을 고정하여 이동을 제한함으로 원하는 흑색 형태를 유지할 수 있게 한다. 태양전지의 품질을 결정하는 세 가지 요소는 가격, 안정성, 성능이다. 성능과 가격적인 측면에서는 페로브스카이트가 높은 점수를 가지지만 안정성은 여전히 중요한 문제로 대두되고 있다. 페로브스카이트를 가열하면 흑색을 유지할 수 있다는 것은 몇 년 전에 관찰되었지만, 그 이유를 아직 명확하게 알지 못했다. 이번 연구에서는 높은 성능을 가진 CsPbI3를 선택했다. 이 페로브스카이트는 가장 불안정한 유형 중의 하나이고, 이것을 조사함으로써 페로브스카이트에 대해서 더 잘 알 수 있게 되었다. 이번 연구진은 결합이 어떻게 발생하는지에 대한 가설을 내놓았지만 아직 정확한 이유는 알지 못하는 상태이다. 이것은 페로브스카이트가 매우 부드럽고 분해되기 쉽기 때문에 고해상도 이미징 장비로 관찰하기가 거의 불가능하기 때문이다. 이런 메커니즘을 이해할 수 있다면 순수한 페로브스카이트 결정체를 사용하는 태양전지 패널을 개발할 수 있을 것이다. 페로브스카이트 기반의 태양전지는 저렴한 비용으로 제조될 수 있기 때문에 제한된 인프라를 가진 개발도상국에게 매우 유용할 것이다. 또한 페로브스카이트는 LED, 광전 센서, 트랜지스터, X선 검출기 등에 사용될 수 있을 것이다. |
