UNIST, 가시광선부터 근적외선까지 흡수 가능

장성연 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀이 상용화된 실리콘 전지보다 유연하고 가벼운 '양자점·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지'를 개발했다.<사진=UNIST 제공>
장성연 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀이 상용화된 실리콘 전지보다 유연하고 가벼운 '양자점·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지'를 개발했다.<사진=UNIST 제공>
상용화된 실리콘 전지보다 유연하고 가벼우며 제조공정이 간단한 '양자점 태양전지'의 성능을 극대화한 기술이 나왔다.

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. 

연구를 주도한 장성연 교수.<사진=UNIST 제공>
연구를 주도한 장성연 교수.<사진=UNIST 제공>
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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