고 효율 페로 브 스카이 트 - 실리콘 탠덤 태양 전지 개발 ​ 
 조 회수 : 3180 등록 일 : 2020 - 03 - 30 작성자 : 홍보 실 
 < ( 앞줄 왼쪽 부터 반시 계 방향 ) 신병하 교수 , 김대한 박사 과정 , 세종 대 김동회 교수 , 서울대 박익 재 박사 , 서울대 김진영 교수 > 
 신 소재 공학 과 신병하 교수 연구 팀 주도 의 공동 연구 팀 ( 서울 대학교 김진영 교수 , 세종 대학교 김동회 교수 , 미국 국립 재생 에너지 연구소 Kai Zhu 박사 , 노스 웨스턴 대학 정희준 박사 ) 이 큰 밴드 갭 의 페로스 카이트 물질 을 개발 하 고 이 를 적용 해 , 26 . 7 % 의 광 변환 효율 을 갖 는 고 효율 페로 브 스카이 트 - 실리콘 탠덤 ( tandem ) 태양 전지 를 구현 했 다 . 
 이번 연구 는 과거 불 안정 하 다고 알려진 큰 밴드 갭 유무 기 하이브리드 페로 브 스카이 트 물질 ( Organic - Inoraganic Hybrid Perovskite ) 의 안정 화 및 고 효율 화 하 는 기술 을 개발 함 과 동시 에 , 이 를 실리콘 태양 전지 와 적층 해 고 효율 탠덤 태양 전지 를 개발 했 다는 점 에서 향후 30 % 이상 의 초고 효율 태양 전지 개발 에 이바지 할 수 있 을 것 으로 기대 된다 . 
 신병하 교수 가 교신 저자 로 , 김대한 박사 과정 이 1 저자 로 참여 한 이번 연구 결과 는 국제 학술지 ‘ 사이언스 ( Science ) ’ 3 월 26 일 자 온라인 판 에 게재 됐 다 . ( 논문 명 : Efficient , stable silicon tandem cells enabled by anion - engineered wide bandgap perovskites ) 
 기존 의 단일 태양 전지 로 는 약 30 % 초반 의 한계 효율 을 넘 을 수 없 다는 쇼클리 - 콰이 저 ( Shockley - Queisser ) 이론 이 존재 한다 . 이 에 단일 태양 전지 효율 의 한계 를 극복 하 기 위해 연구자 들 이 2 개 이상 의 태양 전지 를 적층 형태 로 연결 하 는 기술 인 탠덤 태양 전지 개발 을 위해서 노력 하 고 있 다 . 
 하지만 탠덤 태양 전지 의 상부 셀 ( cell ) 로 적합 한 큰 밴드 갭 의 페로 브 스카이 트 는 빛 , 수분 , 산소 등 의 외부 환경 에 민감 하 게 반응 하 는 낮 은 안정 성 때문 에 고품질 의 소자 를 합성 할 수 없 다는 한계 가 존재 했 다 . 
 연구 팀 은 새로운 음 이온 을 포함 한 첨가제 를 도입 해 페로 브 스카이 트 박막 내부 에 형성 되 는 2 차원 안정 화 층 ( passivation layer ) 의 전기 적 · 구조 적 특성 을 조절 할 수 있 다는 것 을 밝혔 고 , 이 를 통해 최고 수준 의 큰 밴드 갭 태양 전지 소자 를 제작 했 다 . 공동 연구 팀 은 더 나아가 개발 한 페로 브 스카이 트 물질 을 상용 화 된 기술 인 실리콘 태양 전지 에 적층 해 탠덤 태양 전지 를 제작 하 는 데 성공 했 고 , 최고 수준 인 26 . 7 % 의 광 변환 효율 을 달성 했 다 . 
 연구 팀 의 기술 은 향후 첨가제 도입 법 을 통한 반도체 소재 의 2 차원 안정 화 기법 에 대한 방향 을 제시 할 수 있 으며 , 유무 기 하이브리드 페로 브 스카이 트 물질 을 이용 한 태양 전지 , 발광 다이오드 , 광 검출기 와 같 은 광전자 소자 분야 에 응용 될 수 있 을 것 으로 기대 된다 . 
 신병하 교수 는 “ 페로 브 스카이 트 태양 전지 기술 은 지난 10 년 간 눈부신 발전 을 이뤄 , 이제 는 상용 화 를 고민 해야 하 는 시기 이 다 . 실리콘 태양 전지 와 의 이종 접합 구조 를 통한 고 효율 달성 은 페로 브 스카이 트 태양 전지 기술 의 상용 화 를 앞당기 는 데 도움 이 될 것 이 다 ” 라며 “ 연구 결과 는 향후 30 % 이상 의 초고 율 탠덤 태양 전지 구현 에 초석 이 될 것 이 다 ” 라고 말 했 다 . 
 이번 연구 는 한국연구재단 나노 소재 기술 개발 사업 , 중견 연구자 지원 사업 , 산업 통상 자원 부 ( MOTIE ) 와 한국 에너지 기술 평가 원 ( KETEP ) 에너지 기술 개발 사업 , 알키 미스트 프로젝트 , BK 21 사업 의 지원 을 통해 수행 됐 다 . 
 < 고해상도 투과 전자 현미경 을 통한 2 D 패 시베이 션 물질 의 구조 적 물성 분석 > 
 < 페로 브 스카이 트 - 실리콘 탠덤 태양 전지 의 구조 와 광 변환 효율 특성 > 
 페로 브 스카이 트 태양 전지 실리콘 페로 브 스카이 트 - 실리콘 탠덤 태양 전지 사이언스 Science 발광 다이오드 광 검출기 서울 대학교 세종 대학교 미국 국립 재생 에너지 연구소 노스 웨스턴 대학교 	 신병하 	 공과 대학 	 신 소재 공학 과 	 ENERGY MATERIALS LAB 
 연구 이정용 교수 , 유기 고분자 - 양자 점 기반 하이브리드 태양 전지 개발 
 연구 박인규 , 정연식 교수 , 모바일 기기 탑 재 가능 한 고 성능 수소 센서 개발 
 김형준 , 장민석 교수 , 납 없이 도 효율 높 은 페로 브 스카이 트 소재 개발 
 〈 ( 왼쪽 위 부터 시계 방향 ) 람 제드 드비 치 박사 후 연구원 , 이 송주 연구원 , 장민석 교수 , 김형준 교수 , 〉 ﻿ 우리 대학 화학 과 김형준 교수 와 전기 및 전자 공학부 장민석 교수 공동 연구 팀 이 납 없이 도 고 효율 의 태양 에너지 전환 율 을 갖 는 친환경 무기물 페로 브 스카이 트 소재 를 이론 적 으로 제시 했 다 . 기존 유무 기 하이브리드 페로 브 스카이 트 소재 의 한계 였 던 독성 과 불 안정 성 을 동시 에 극복 할 수 있 는 기반 연구 가 될 것 으로 기대 된다 . 람 제드 드비 치 ( Lamjed Debbichi ) 박사 후 연구원 과 이 송주 석사 과정 이 공동 1 저자 로 참여 한 이번 연구 는 국제 학술지 ‘ 어드밴스 드 머티 리 얼즈 ( Advanced Materials ) ’ 3 월 22 일자 표지 논문 으로 선정 됐 다 . 페로 브 스카이 트 태양 전지 는 차세대 고 효율 태양 전지 의 강력 한 후보 로 꼽힌다 . 고 성능 결정질 실리콘 태양 전지 에 버금가 는 22 % 이상 의 전환 효율 을 보이 면서 낮 은 온도 에서 패널 생산 이 가능 해 제작 비용 을 혁신 적 으로 낮출 수 있 다 . 그러나 기존 의 유무 기 하이브리드 페로 브