양자점 태양전지 개발, 1.6배 효율 끌어올렸다

[아시아경제 정종오 기자]국내 연구진에 의해 개발된 양자점 태양전지가 기존보다 1.6배나 효율성을 끌어올려 관심을 모으고 있다. 양자점 물질(황화납)의 화학적 결합의 특성을 미세하게 조절해 이론적으로만 알려진 광전류값에 근접한 양자점 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

이에따라 효율이 뛰어난 양자점 태양전지 개발에 기반을 마련됐다. 양자점은 화학적 합성 공정으로 만든 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 반도체 결정체이다. 높은 흡광특성, 쉬운 밴드갭 엔지니어링 등의 특성으로 태양전지용 재료로 각광 받고 있다.

태양빛을 전기에너지로 바꾸는 태양전지는 화석연료를 대체할 수 있는 차세대 그린에너지로 주목받고 있다. 최근 전 세계적으로 저렴하면서도 효율이 높은 차세대 태양전지를 개발하는 경쟁이 치열하다. 차세대 태양전지 중에서 유기염료(색소) 대신 나노크기의 반도체인 양자점을 산화물 표면에 흡착한 양자점 감응 태양전지는 제조과정이 간편하고 저렴해 미래 유망 태양전지 기술로 각광 받고 있다.

이번에 개발된 고광전류 양자점 태양전지는 납(Pb) 및 수은 양이온과 황(S) 음이온을 연속적으로 나노크기의 이산화티타늄(TiO2) 입자 표면에 흡착 반응해 상온에서 20분 이내 간편하게 광전극을 만들 수 있기 때문에 공정시간이 짧다. 기존의 광전류값(19밀리암페어)에 비해 약 1.6배 높은 것으로 나타났다.

성균관대 박남규 교수는 "양자점 태양전지에서 광흡수 양자점 물질의 화학적 결합특성을 파악하고 화학결합을 미세하게 조절하면 이론값에 가까운 광전류를 실현할 수 있다"며 "앞으로 초고효율 태양전지 개발에도 중요한 과학적 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 박 교수와 이진욱 학생(제1저자)이 주도하고 삼성종합기술원, KIST, 이화여대가 공동 참여했다. 이번 논문은 과학저널 '네이처'가 발행하는 'Scientific Reports'최신호(1월 10일자)에 게재됐다.

정종오 기자 ikokid@