저비용으로 만들 수 있다고 하여 주목을 받고 있는 Perovskite 태양전지의 발전효율이, 가까운 장래에 비약적으로 높아지게 될지도 모르겠다. 이런 연구를 미국의 로렌스·버클리 국립연구소가 발표했다.

싼값으로 만들 수 있는 태양전지

Perovskite는 일본발(発) 태양전지다. 현재 널리 사용되고 있는 실리콘 결정(結晶) 태양전지와 비교해서 대단히 저렴하게 만들 수 있기 때문에, 앞으로의 태양광발전에 기대되고 있다. 그리고 Perovskite 태양전지는, 등장이래, 빠른 속도로 효율을 올려 왔다. 2009년은 3%이었던 것이, 현재는 22%까지 향상하였다. 이것은, 거의 실리콘 결정 태양전지와 동등하다.

그리고 버클리 연구소 연구팀의 발표에 의하면, 그 효율을 최대 31%까지 끌어 올리게 될지도 모르는 발견이 있었다고 한다. 그들이 사용한 것은 광전도(光伝導)원자간력(原子間力)현미경(Force Microscope; AFM)이다. 이에 의하면, Perovskite의 표면에는, 광전지의 효율과 밀접하게 관계하는 2개의 특성을 발견할 수 있었다고 한다.

Perovskite의 울퉁불퉁한 표면은, 길이 약200나노미터의 알맹이로 되어 있다. 각각의 알맹이는, 연마하기 전의 보석처럼 다양한 각도의 면(面)을 가지고 있다. 그 면(面)에 의해, 광발전의 효율에 큰 차이가 나는 것이다. 대단히 효율이 낮은 면(面)이 있는 한편, 그 중에는 이론적으로 최대치에 가까운 31%라고 하는 뛰어난 효율을 발휘하는 면(面)도 있다.

앞으로 더 한층 연구가 필요하겠지만, Perovskite 태양전지 효율 업의 비밀은, 그 효율이 좋은 면(面)에 숨겨져 있는 것이 아닐까라고 연구자들은 보고 있다.

성능이 낮은 면(面)이 발목을 잡는다.

실제로 Perovskite의 각각의 면(面)은, 하나하나가, 병렬로 연결된 무수한 작은 태양전지인 것처럼 행동하고 있다. 그 가운데에는 대단히 높은 효율로 작용하는 면(面)도 있지만, 효율이 낮은 면(面)도 있다. 그렇게 되면, 전류는 효율이 나쁜 면(面)으로 흘러 가버려서, 전체의 퍼포먼스를 내리게 된다.

그러나 만약 높은 효율의 면(面)만을 전극에 연결시킬 수 있다면, 효율이 나쁜 면(面)에 의해 생기는 로스를 없앨 수 있다. 그렇게 하면, 이론치인 31%의 에너지 변환효율(変換効率)에 크게 가까이 접근할 수 있지 않을까 라는 것이다.

연구자의 Alexander Weber-Bargioni씨는 「이것은 정말 깜짝 놀랄 일이었다. Perovskite 태양전지가, 면(面)에 따라 발전효율이 다르다는 것이 처음으로 밝혀졌다」. Francesca Toma씨는, 「이 연구 성과는, 소재의 면(面)을 컨트롤하는 것으로, 극적으로 발전효율을 개선하는 길이 열리게 된다.」라고 말한다. 아래의 사진은 이 연구팀이다.

자택 등에서 태양광발전을 사용하는 사람 중에는, 그 장치의 비용이나 크기에 대하여, 발전력이 낮다고 느끼는 사람도 있을 것이다. 그러나 Perovskite 태양전지의 성능향상이 실현되면, 태양광발전은 비용을 더 들이지 않고도, 효율이 좋은 것으로 될 것 같다.