페로브스카이트태양전지는 왜 아직도 상용화가 되지 않은건가요?

Question

차세대 태양전지, 페로브스카이트 태양전지는 이미 유기태양전지 등을 넘어 실리콘을 대체할수 있을것이다 라는 말이 예전부터 나왔는데요.

27%의 효율을 갖지고 있다는 이야기도 나왔구요.

그런데 왜 상용화가 안되고 있나요?

한가지 이유만을 아닐거 같은데, 몇 가지의 이유가 있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

여러가지 이슈가 있어서 정리해보도록 하겠습니다.

1. 대면적 효율

우선 27%라는 효율은 정말 작게 만들어서 최상의 조건으로 맞췄을때 나온 것입니다. 우리가 보는 태양광 패널은 엄청나게 크지요? 가로세로 3~5 m정도는 되어야 일반 가정집에서 전기 절약한다는 느낌이 날 정도입니다.

당연히 페로브스카이트 태양전지도 이 크기로 만들어야겠죠? 하지만, 실리콘 태양전지처럼 이정도 크기로 만들면 효율이 형편없어집니다. 일단 실리콘 태양전지처럼 빈틈없이 만들수도 없습니다.

'유기 소재'의 태양전지는 active material이라고 불리는 층이 빛을 흡수하여 전자를 생성하는데 연속된 면적이 넓어질 수록 손실이 크게 발생합니다. 이에 따라 작게 나누어 하나의 단위셀을 여러개 연결하여 만드는게 일반적입니다. 이 단위 셀을 면에 배치하면 빈공간이 많이 발생하겠지요? 그만큼 일단 손실이 발생하고, 이렇게 많은 도선으로 연결할 수록 각 도선에서 손실도 무시할 수 없습니다.

2. 비용

사실 다 떠나서 값쌌다면 어디선가는 당장 써볼 수도 있었을 것입니다. 재료 자체가 비싸기도 하고, 현재 완벽하게 사람 손 없이 제조되는 공정도 개발되어있지 않습니다. 실리콘 태양전지와 다르게 중간중간 습식공정과 annealing 공정이 필수로 들어가기 때문에 이를 연속적인 공정으로 만들기도 어렵고 각 단계에 수분, 산소가 없는 환경을 만들기도 어렵습니다. 이런 부분을 다 설계하고 제조하는데 큰 비용이 듭니다. 하지만, 효율은 실리콘 태양전지보다 낮죠. 사용하는 재료도 실리콘 태양전지에 비해 훨씬 많습니다.

간단하게만 봐도.. 기본적인 도선, 판 이런것 제외하고도

1. 투명전극 (이 자체로도 가격이 좀 됩니다.),

2. 각 전위를 맞추기 위한 다양한 유/무기 재료들, (정공전달체는 g당 수십만원을 호가합니다.)

3. 안정성

태양전지는 설치비용이 크기 때문에 수년간 발전을해야 설치비용을 뽑아낼 수 있습니다. 그런데 현재 최고효율이라는 페로브스카이트 태양전지의 물질 구성으로는 아무리 잘 만들어도 효율을 한달이상 유지하기 어렵습니다.

안정성이 떨어지는 원인은 수분, 산소를 꼽고 있는데... 우리 사는 환경이 이런데 이를 완벽히 차단하기란 정말 만만치 않죠. 더 웃긴건 빛에 의한 안정성도 수년씩 버틸만큼 되지 않는다는것이지요...

실리콘 태양전지가 10년이상씩 쓰이는데 비하여 안정성 차이가 너무 크지요? 비용과 더불어 가장 큰 문제점이라고 볼 수 있습니다.

Answer 2

페로브스카이트 태양전지의 경우 효율은 높지만, 많은 문제가 있습니다.

현재 면적 대비 효율은 높지만, 면적 자체가 넓지 않습니다.

그리고 수명이 매우 짧습니다.