퀀텀닷에 유기물 쌓아 하이브리드 태양전지 만든다

퀀텀닷·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지. 울산과학기술원 제공


[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 퀀텀닷 태양전지에 유기물을 쌓아 전기전환율을 높이는 기술을 개발했다. 연구진에 따르면 이 태양전지는 유연하고 가벼울 뿐만 아니라 제조공정도 까다롭지 않아 쉽게 만들 수 있다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부의 장성연 교수팀이 무기나노소재인 '퀀텀닷'과 유기 고분자 소재를 하나의 태양전지에 접합한 '퀀텀닷·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지'를 개발했다고 30일 밝혔다. 유기 고분자 소재가 퀀텀닷이 잘 흡수하지 못하는 태양광 영역을 대신 흡수해 전지의 효율을 높였다.

기존 퀀텀닷 태양전지나 유기 고분자 소자로 만든 태양전지의 최대 전기전환효율은 최대 11%였다. 장성연 교수팀이 개발한 하이브리드 탠덤 태양전지는 12.82%까지 전기전환효율을 높였다.

퀀텀닷은 반도체를 아주 작게 만든 물질이다. 입자 크기가 매우 작아지면서 나타나는 특이한 현상 덕분에 전지가 흡수하는 태양광 영역을 자유자재로 바꿀 수 있다. 이번 연구에서 개발한 하이브리드 태양전지는 퀀텀닷을 광활성층으로 사용하는 단위 전지(sub-cell)와 '유기 고분자 소재' 단위 전지가 상하로 직렬 연결된 '탠덤 구조'다. 이는 퀀텀닷이 흡수하지 못하는 근적외선을 유기 고분자 소재가 흡수하는 형태다. 여기에 더해 연구팀은 전압 손실을 최소화할 수 있는 '중간층'을 개발해 광전변환효율을 최적화했다.

장성연 교수는 "이번에 개발한 하이브리드 탠덤 태양전지는 기존 퀀텀닷 태양전지에서 흡수하기 어려웠던 특정 근적외선 영역을 유기 고분자를 이용해 흡수했다는 데 큰 의미가 있다"고 강조했다.

특히 새롭게 개발한 퀀텀닷·유기물 하이브리드 탠덤 태양전지는 전체 제조 공정을 '상온'에서 진행할 수 있다. 필름을 입힐 때 소재를 용매에 녹여 코팅하는 공정으로 인쇄기법이 가능하여 대면적 소자 제작이 쉽다. 그 덕분에 기존 실리콘 태양전지보다 대량생산에 유리하고, 제조비용도 저렴하다.

장성연 교수는 또 "저온 용액공정을 통한 하이브리드 소자 제조 기술은 차세대 태양전지의 상용화를 앞당기는 데 큰 역할을 할 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 에너지 소재 분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 13일자로 게재됐다. 연구수행은 한국연구재단(NRF)과 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원으로 이뤄졌다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자