실리콘 태양전지의 이론 한계효율(30%)을 극복하는 슈퍼 태양전지
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1.페로브스카이트/실리콘 태양전지 효율 29%이상(1 cm2 면적)2.탠덤소자 광전류:19.8 mA/cm23.탠덤소자 광전압:1850 mV4.탠덤소자 충진률:79%5.p-i-n 구조의 wide 밴드갭 페로브스카이트 단일광흡수층 광변환효율:20.5%6.p-i-n 구조의 wide 밴드갭 페로브스카이트 단일광흡수층 소자의 광전압 deficit:480 mV7.대면적 코팅 공정 기반 페로브스카이트 단일광흡수층 소자 효율(1cm2):20%8.하부셀 광전압:700 mV9.하부셀 근적외선(800~1100nm)광응답성:80%10.가속 환경에서의 탠덤 소자 광변환 효율(처음 효율 기준 대비):80%
1.주관기관(서울대학교)[광전류 향상]-전 파장 영역의 태양광을 효과적으로 활용하기 위해서는 반사로 인해 사용되지 못하는 빛을 최소화 시켜야함.-전 파장 영역에서의 반사율을 줄여줄 수 있는 Hybrid AR 기술을 개발하여,전 파장대의 반사율 감소 및 광응답성 향상 연구 계획.-탠덤 소자 광전류 향상 기대.[광전압 향상]-Grain boundary에 더불어 페로브스카이트/전하수송층 계면 또한 고 밀도의 defect들이 존재하며,마찬가지로 광전압을 저하시키는 요인임.-페로브스카이트와 전하수송층 간의 적절한 interlayer 삽입 기술 개발을 통한 defect 제어 및 소자 성능 향상 기술 개발 연구 계획.-소자내의 defect 부동화 및 광전압 증대 기대.2.참여기관1(세종대학교)[고품질 wide 밴드갭 소재 개발]-페로브스카이트 박막은 다결정으로 이루어져있기에 grain boundary 내부에 고 밀도의 defect들이 존재하며,이들은 광전압을 저하시키는 요인임.-Defect 부동화 능력과 캐리어 수송 능력을 동시에 가지는 bifunctional 첨가물 엔지니어링을 통해 충진률 저하 없이 소자 성능을 향상시키는 기술 개발 계획.-소자의 추가적인 광전압 증대 및 wide 밴드갭 페로브스카이트의 품질 극대화 기대.[밴드갭 조절 용이성 확보]-1차 년도의 기 보유한 기술을 토대로 탠덤 소자의 광전류 매칭 조절 용이성을 위해 소재 고품위를 유지하면서 밴드갭 크기를 조절하는 기술 개발 계획.3.참여기관2(성균관대학교)-High throughput 대면적 코팅용 전구체 용액 formulation.-D-bar,slot-die 등 코팅 방법에 적합한 코팅 formation 개발.-D-bar(blade),slot-die,spin-coating 등의 기법을 이용한 균일 박막형성 기술.-중간상 형성에 영향을 주는 Lewis base additive 적절성 조사하여 대면적 코팅 품질 향상 기술 개발.-FA 기반 페로브스카이트 코팅시 FAPbI3의 상의 불안정성을 조절하기 위한 Lewis adduct 형성이 중요한 영향을 미침.-대면적 코팅시 고품질 페로브스카이트 코팅에 최적화 된 Lewis base 물질을 탐색.-첨가제의 조성 조절하여 페로브스카이트 결정화 향상.[계면활성제를 이용하여 대면적 코팅 페로브스카이트 균일도 향상 기술 개발]-페로브스카이트 대면적 코팅 후 열처리 시 adduct phase가 핵생성 위치로 이동하면서 생기는 표면 morphology 및 coverage 저하 현상 존재.-적절한 계면활성제 첨가를 통해 페로브스카이트 박막 형성 품질 향상시켜 전체적인 균일도 향상 기술 개발.4.참여기관3(엘지전자)[하부 실리콘 셀의 근적외선 광응답성 개선]-근적외선 파장 광 포집성 극대화를 위해 셀 후면 텍스쳐링 조건 최적화,10마이크로 이하의 피라미드 크기 조절을 위한 텍스쳐링 공정 조건 확보,텍스쳐링 용액 조성 최적화를 통한 피라미드 크기의 균일도 개선.[하부 셀의 전류 개선]-터널 접합층 재료 및 두께 최적화를 통한 실리콘 광 흡수도 증가,비정질 실리콘 두께 조절을 통한 실리콘 광 흡수도 증가,탠덤 구조에서 상/하부 셀의 전류값 측정 정확도 확보(인가 전압 및 광 필터를 사용하여 외부양자효율 측정 정확도 향상,외부양자효율 측정을 통한 파장별 광 특성 분석).
[과학/기술적 파급효과]발전 효율 향상으로 인한 에너지 밀도 증가로 태양광 발전 설치 면적 감소고전압 셀 개발로 고압이 요구되는 수전해,태양광연료 등의 타 분야에 적용 가능추후 다중접합 태양전지나 기타 적층형 광전기 소자로의 응용 가능[사회/경제적 파급효과]중국 중심의 태양광 발전 시장에서 국내 기업의 시장 확대화석연료 기반의 사회에서 신재생 에너지 기반의 사회로 에너지 패러다임 변환고급 인력 양성 및 일자리 확보