유연 페로브스카이트 태양전지 구성재료의 인장특성

Abstract

최근 에너지 고갈과 환경에 대한 이슈로 인해 태양전지가 차세대 대체에너지로 각광받고 있다. 태양전지는 장기적으로 이용이 가능하며 무한한 에너지원으로서 현재 성장속도를 이어가면 향 후 20년 후에는 지구상의 가장 큰 에너지원이 될 것으로 예상되고 있다. 많은 태양전지 중에 페로브스카이트 구조의 유무기 복합재료를 이용한 태양전지는 2009년 약 3.8%의 변환효율의 태양전지를 처음으로 개발한 것을 시작으로 현재 약 22%의 높은 효율을 얻는 것처럼 급속도로 발전하고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 발전단가가 저렴하고, 간단한 기술을 통해 높은효율의 소자를 제작할 수 있지만 대기상태에 노출되면 쉽게 열화되기 때문에 상용화에 대해서는 한계가 존재한다. 페로브스카이트 태양전지는 다른 태양전지와는 달리 얇게 제작이 가능하기 때문에 플렉서블/웨어러블 태양전지로의 가능성이 매우 높다. 유연 페로브스카이트 태양전지를 제작하기 위해서는 소재 자체의 내구성을 향상시키고, 그것을 상용화시키기 위해서는 기계적 신뢰성에 대한 연구가 필요하다. 유연 페로브스카이트 태양전지에 대한 최근 연구동향은 페로브스카이트 소재자체의 안정성 및 수분/산소에 대한 내구성을 향상시키는 연구가 대부분이고, 기계적 신뢰성에 대한 연구는 진행되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 유연 페로브스카이트 태양전지에 기계적 신뢰성을 부여하기 위해서 나노역학적 측정기술을 이용하여 소자의 기계적 물성을 측정하고 그것을 기반으로 소자의 유연성을 규명하는 연구를 진행하였다. 유연기판 및 전극을 이용한 페로브스카이트소재를 제작하고, 홀나노인덴테이션 기법을 통해 얻은 각 코팅박막층의 기계적 물성을 기반으로 각 구성소재의 탄성한계점을 측정하였고, 그 탄성한계점을 기반으로 취성파괴 경향이 가장 크고 소자의 파손을 지배하는 소재는 페로브스카이트임을 확인하였다. 앞서 구한 탄성한계를 실제 소자의 반복굽힘시험을 통해 임계 곡률반경을 측정하여 비교하였고, 페로브스카이트 박막의 일축인장시험을 Push-to-Pull 인장시험 기법으로 진행하여, 정량적인 기계적 물성 및 탄성거동에 대한 연구를 진행하고, 분석하였다.