박성흠 교수, 고효율 하이브리드 태양전지 개발

국내 연구팀이 하이브리드 인터페이스 소재를 활용해 기존 태양전지의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 저가형 유기-무기 하이브리드 적층형 태양전지를 개발했다.

박성흠 부경대 교수(물리학과·사진)와 김광호 부산대 교수(재료공학부) 연구팀은 미국 캘리포니아대 산타바바라캠퍼스 알랜 제이 히거 교수와의 국제공동연구를 통해 무기태양전지와 유기태양전지를 각각의 구성층으로 사용하는 유기-무기 하이브리드형의 적층형 태양전지를 개발했다고 8일 밝혔다.

이 연구는 용액공정이 가능한 타이타늄 산화물 기반의 하이브리드 인터페이스 소재를 전자수송층으로 활용해 기존의 태양전지의 효율을 크게 향상시킨 것이 특징이다.

연구팀은 청색과 녹색영역의 빛을 흡수하는 비정질 실리콘 태양전지와 적색과 적외선영역의 빛을 흡수하는 유기태양전지를 병합해 직렬형과 병렬형의 유기-무기 하이브리드 적층형 태양전지를 개발했다.

연구팀은 직렬형 적층형 태양전지의 경우 기존 단일 태양전지에 비해 태양전지의 출력전압이 두 배 이상 증가했다. 병렬형 태양전지의 경우 기존 태양전지에 비해 높은 광전류를 보이며 60% 이상의 효율 상승을 가져온다고 연구팀은 전했다.

연구팀은 또 직렬형과 병렬형의 적층 태양전지에 연구팀에서 직접 제조한 하이브리드 인터페이스 소재인 타이타늄 산화물을 도입해 광전류의 생성을 증대시켰으며, 유기물에서 생성된 전자의 이동을 용이하게 해 적층형 태양전지의 성능을 크게 개선시켰다고 설명했다.

박 교수는 "이 연구결과는 기존 무기물 태양전지의 제조 공정을 유지하면서도 쉽게 적용이 가능하고 최소비용으로 기존 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있는 기술"이라면서 "차세대 저가형 고효율의 태양전지 실현을 앞당길 뿐 아니라 높은 효율을 보이는 기존 태양전지에 도입할 경우 세계 최고 효율의 태양전지가 개발될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조부가 추진하는 글로벌프론티어사업 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단(단장 김광호)의 지원으로 부경대 박성흠 교수와 부산대 김광호 교수팀이 수행했다.

연구결과를 담은 논문 'Tandem solar cells made from amorphos silicon and polymer bulk heterojunction sub-cells'는 기능성소재분야 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼(Advanced Materials)'지 11월 20일자 온라인에 발표됐다.

[e-mail] 노주섭 기자