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효율 높은 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 개발

강달영 연세대 교수 연구팀, 간단한 공정 도입해 에너지 효율 17%로 향상
한국연구재단(이사장 조무제)은 강달영 연세대 교수 연구팀이 낮은 온도에서의 공정만으로 에너지 변환 효율이 높은 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 개발했다고 3일 밝혔다.

결정질 실리콘 태양전지는 태양전지 시장에서 주류를 차지하고 있다. 이 태양전지는 에너지 효율이 20% 이상으로 높고, 장기적인 안전성을 갖췄다.

하지만 제조공정에서 높은 온도와 진공 상태가 필요하다는 점에서 복잡하고 비용이 많이 소모된다는 문제가 있었다. 

이러한 단점을 보완할 수 있는 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 연구가 활발히 진행되었지만 에너지 효율이 15% 수준으로 정체되어 있었다.

이에 연구팀은 130℃ 이하의 낮은 온도에서 간단한 공정만을 이용해 에너지 효율이 17%를 넘는 고효율 태양전지를 개발했다. 

연구팀은 에너지 효율을 높이기 위해 실리콘 표면을 계층적 구조로 만들어 태양빛의 반사를 감소시켰고, 유기 고분자 물질의 두께를 제어해 전기에너지 손실을 막아냈다. 또한 각 물질 간 계면에서의 재결합 손실을 줄이기 위해 상온에서의 접촉인쇄 공정을 개발했다.

강달영 교수는 "비용이 많이 소모되는 복잡한 공정을 적용하지 않고 낮은 온도에서 매우 간단한 공정만으로 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올렸다"면서 "후속 연구를 통해 에너지 효율을 더 향상시키고, 휘어지고 늘어나는 유연한 태양전지 개발에 적용할 것으로 기대한다"고 말했다. 

이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 이공학개인기초연구지원사업 지원으로 수행됐으며, 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머트리얼즈(Advanced Energy Materials)에 지난해 12월 7일자로 게재됐다.

실리콘-유기물 하이브리드 태양전지의 제조공정 개략도.<자료=한국연구재단 제공>실리콘-유기물 하이브리드 태양전지의 제조공정 개략도.<자료=한국연구재단 제공>
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