태양전지의 미래 페로브스카이트 어디까지 왔나
태양전지의 미래 페로브스카이트 어디까지 왔나
태양전지(Solar Cell)는 대표적인 신재생에너지입니다.
비교적 최근에야 주목을 받다보니 나온 지 얼마 안 된 기술처럼 느껴지지만, 사실 태양전지의 역사는 거의 200년을 거슬러 올라갑니다.
태양전지의 기초가 되는 이론적인 현상은 광전 효과입니다.
물질이 빛을 흡수해 전자를 방출하는 걸 말하는데 이 광전 효과가 발견된 게 1839년입니다.
거의 모든 과학 이야기에 빠지지 않는 아인슈타인이 이 광전 효과를 이론화하는 데 성공했습니다.
하지만 실제 사용되기까지는 먼 길을 돌아와야 했습니다.
태양전지가 처음 실용화된 건 1958년입니다.
미 해군이 개발한 인공위성 뱅가드1호가 태양전지 모듈을 달고 발사에 성공했습니다.
뉴욕타임스는 뱅가드 1호가 발사된 지 19일 후에 ‘화학전지는 고갈됐지만 태양전지는 여전히 작동하고 있다’는 헤드라인을 달고 기사를 냈습니다.
태양전지의 가능성이 마침내 빛을 본 순간입니다.
이후 태양전지는 발전에 발전을 거듭해 신재생에너지를 대표하는 에너지원이 됐습니다.
발전효율이 높아지고 발전단가도 저렴해지는 개선을 거듭하고 있습니다.
그리고 또 하나의 큰 변화를 목전에 두고 있습니다. 바로 ‘페로브스카이트(Perovskite)’ 태양전지의 등장입니다.
단어만으로는 무슨 뜻인지 짐작하기도 힘든 페로브스카이트.
태양전지의 게임 체인저가 될 페로브스카이트가 무엇인지 송슬기 충남대 응용화학공학과 교수와 함께 알아봤습니다.
A와 B와 X가 만나면 페로브스카이트
페로브스카이트는 특정 광물의 구조를 말합니다. 페로브스카이트라는 이름은 이 광물을 처음 발견한 러시아 과학자의 이름을 따서 붙은 겁니다.
1839년에 처음 발견됐는데 광전 효과가 발견된 해와 같습니다. 의미심장하죠.
페로브스카이트의 화학식은 ABX3입니다. 여기서 A와 B는 양이온, X는 음이온을 말합니다.
양이온 두 종류가 각각 하나씩, 음이온은 세 개가 결합해 있는 셈이죠.
이런 복잡한 화학식을 일일이 기억할 필요는 없습니다.
다만 이 화학식을 이야기하는 건 페로브스카이트를 이루는 A, B, X가 특정 원소로 이뤄졌을 때 빛을 잘 흡수하는 성질을 가지기 때문입니다.
과학자들은 페로브스카이트가 어떤 구조일 때 빛을 흡수하는 능력이 가장 뛰어나고, 전기를 통하는 능력이 좋은 지 연구를 통해 찾아내고 있습니다.
바꿔서 말하면 페로브스카이트를 태양전지에 광흡수물질로 사용하기 위한 최적의 방법을 찾아내고 있는 겁니다.
태양전지를 세대로 구분하면 크게 세 가지로 나뉩니다.
1세대는 실리콘 태양전지, 2세대는 박막태양전지, 그리고 마지막 3세대가 페로브스카이트 같은 유기물을 이용한 태양전지입니다.
1세대와 2세대에 비해 페로브스카이트가 가지는 강점은 가격입니다. 가성비가 비교할 수 없이 좋습니다.
실리콘 태양전지를 예로 들어볼까요. 실리콘 태양전지는 폴리실리콘과 잉곳을 용광로를 통해 녹이는 중간 과정이 필요합니다.
폴리실리콘은 암석·모래에서 규소(Si) 성분을 추출해 초순도로 가공한 것을 말하고, 잉곳은 이런 폴리실리콘을 녹여서
원기둥이나 사각형 모양으로 만든 것을 말합니다. 이 과정에서 비용이 많이 발생하기 때문에 비쌉니다.
반면 페로브스카이트는 만드는 공정이 간단하고 비용도 저렴합니다.
송슬기 교수는 “일반 태양전지는 고효율을 얻기 위해서 단결정화, 증착 같은 공정을 거쳐야 하는데 페로브스카이트는
값싼 전구체를 섞어주고 스크린 프린팅, 롤투롤 같은 간단한 공정만으로도 박막을 만들 수 있다”고 설명합니다.
