문제: 광기전 태양 전지는 빛을 흡수하여 전기로 변환한다. 일반 태양 전지판에서 수십 개를 찾을 수 있으며 실리콘으로 만들어질 가능성이 높다. 오래 지속되고 상대적으로 저렴하기 때문이다.
그러나 실리콘 태양 전지는 매우 효율적이지 않다. 대부분의 상업용 실리콘 전지는 태양 에너지의 18-22%만 전기로 변환한다. 즉, 더 많은 셀과 패널이 필요하므로 시스템 비용과 유지비가 증가한다.
아이디어: 태양 전지의 효율성을 개선하기 위해 일부 연구자들은 태양 전지의 실리콘을 다른 재료와 결합하고 있다. 예를 들어 2022년 12월 독일의 한 팀은 표준 실리콘 위에 광물 페로브스카이트 층이 있는 태양 전지를 공개했다.
실리콘 층은 대부분 적외선을 흡수하여 전기로 변환하는 반면, 페로브스카이트 층은 가시광선에 대해 동일한 역할을 했다. 그 결과, "탠덤" 태양 전지는 32.5%의 당시 기록적인 효율성을 달성할 수 있었다.
새로운 기능: 5월 30일, 사우디아라비아 킹 압둘라 과학 기술 대학교(KAUST)의 연구 과학자인 에르칸 아이딘(Erkan Aydin)은 33.7% 효율을 달성한 직렬식 태양전지를 개발했다고 발표했다.
이는 같은 KAUST 연구원이 2023년 4월에 세운 현재 세계 기록인 33.2%를 경신한 것이다.
"두 달 만에 우리는 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양 전지에 대한 새로운 세계 기록을 세웠다. 다시 한 번!" LinkedIn 게시물에 Aydin을 썼다. “우리의 새로운 성과가 녹색 에너지 전환을 가속화하는 데 기여할 수 있기를 바란다.”
블랙 박스: KAUST의 직렬식 태양 전지는 유럽 연합의 태양광 기술 성능을 검증하는 연구소인 유럽 태양광 테스트 설치의 인증을 받았기 때문에 효율성 주장이 타당하다는 것을 알고 있다. 그러나 연구원들은 세포에서 여분의 전기를 짜낼 수 있었던 방법에 대해 아무 것도 밝히지 않았다.
그들이 4월에 기록을 깼을 때 그들은 셀의 실리콘 부분이 질감이 있다는 점에 주목했다. 이는 다른 탠덤 태양 전지의 효율성을 개선하는 데 도움이 되었기 때문에 새로운 셀에 대해 동일한 접근 방식을 취했을 수 있지만 아직은 그렇지 않다. 경우인지 확실히 알 수 있다.
전망: 실험실에서 효율성 기록을 깰 수 있는 태양 전지를 만드는 것과 현실 세계에서 차이를 만들 수 있는 태양 전지로 동일한 효율성을 달성하는 것은 또 다른 일이다.
KAUST 팀의 다음 단계는 직렬식 태양 전지의 더 큰 버전을 개발하는 것이다. 현재 셀은 1제곱센티미터보다 조금 크지만 표준 태양광 패널에 사용되는 셀은 일반적으로 약 240cm2이다.
일반 가정에서 충분한 전기를 생산하려면 약 1,200개의 표준 실리콘 태양 전지가 필요하므로 KAUST의 전지가 다른 어떤 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양 전지보다 효율적이지만 우리는 세계의 에너지 수요에 어떤 종류의 흠집을 내기 위해 여전히 많은 것들이 필요할 것이다.
즉, KAUST는 셀을 더 크게 만들 수 있어야 할 뿐만 아니라 대규모로 경쟁력 있는 가격으로 셀을 제조할 수 있어야 한다.
구매자는 또한 태양광 패널이 최소 20년 동안 지속될 것으로 기대하지만 페로브스카이트 기반 전지는 실리콘 전지보다 더 빨리 분해되는 경향이 있다. 따라서 직렬 태양 전지가 수년 동안 환경 조건을 견딜 수 있도록 보장하는 것이 KAUST 팀의 또 다른 중요한 목표가 될 것이다.
