UNIST, 가시광선부터 근적외선까지 흡수 가능
UNIST(총장 이용훈)는 장성연 에너지 및 화학공학부 교수팀이 무기나노소재인 양자점과 유기고분자 소재를 하나의 태양전지에 접합한 '양자점·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지'를 개발했다고 30일 밝혔다.
이 태양전지는 유기 고분자 소재가 양자점이 잘 흡수하지 못하는 태양광 영역을 대신 흡수해, 전체 태양광 흡수를 극대화하고 전지의 효율도 높였다.
양자점은 반도체를 아주 작게 만든 물질이다. 입자크기가 매우 작아지면서 나타나는 특이한 현상 덕분에 전지가 흡수하는 태양광 영역을 자유자재로 바꿀 수 있다. 다른 광활성층 물질은 흡수 못하는 적외선 영역까지 흡수한다는 게 양자점의 장점이다.
하지만 양자점으로도 흡수가 잘 일어나지 않는 일부구간이 있었다. 연구팀은 근적외선 영역에서 광 흡수 특성이 좋은 '유기 고분자 소재'를 더해 태양광 활용 영역을 넓힌 하이브리드 태양전지를 개발했다. 양자점이 흡수하지 못하는 근적외선을 유기고분자 소재가 흡수할 수 있는 형태로 만들었다.
여기에 전압 손실을 최소화할 수 있는 중간층을 개발해 광전변환효율을 최적화했다. 개발한 중간층을 이용해 두 단위 전지를 직렬로 연결하자, 각각의 물질을 광활성층으로 사용한 태양전지보다 15%나 향상된 12.82%의 광전변환효율을 얻었다.
연구진에 따르면 새로 개발한 태양전지는 전체 제조공정을 상온에서 진행할 수 있으며, 용액을 이용해 손쉽게 만드는 용액공정으로 기존 실리콘 태양전지보다 대량생산에 유리하고 제조비용도 저렴하다.
장성연 교수는 "이번에 개발한 하이브리드 탠덤 태양전지는 유·무기 소재를 하나의 태양전지 소자에 성공적으로 적용해 각 소재의 특성을 최대로 살렸다"며 "특히 기존 양자점 태양전지에서 흡수하기 어려웠던 특정 근적외선 영역을 유기 고분자를 이용해 흡수했다는 데 큰 의미가 있다"고 말했다.
이번 연구는 어드밴스드 에너지 머티리얼에 지난 13일자로 게재됐다.
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