이정용 카이스트 교수팀 “효율 증가원인 규명에 성공…응용분야 발전 기대”
［헤럴드경제=신상윤 기자］금속나노입자의 플라즈모닉 효과를 이용해 유기박막태양전지의 효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 이에 따라 유기박막태양전지의 상용화 시기가 크게 앞당겨질 것으로 기대된다.
카이스트(KAISTㆍ한국과학기술원)는 이정용<사진> EEWS대학원 교수 연구팀이 유기박막태양전지의 효율을 20% 증가시킬 수 있는 기술을 개발, 플라즈모닉 현상으로 인한 효율 증가의 원인을 처음으로 규명했다고 29일 밝혔다.
현재 양산중인 실리콘 반도체 기반 태양전지는 아직까지 경제성이 낮다. 이에 따라 이를 대체하기 위해 보다 저렴하게 제작할 수 있다고 알려진 유기박막태양전지의 효율을 높이기 위한 연구가 전 세계적으로 많이 수행되고 있다.
연구팀은 기존 유기박막태양전지에 10~100㎚로 다양한 크기의 금속나노입자를 적용해 유기박막태양전지의 광흡수율을 증가시시켰다. 그 결과 광변환 효율이 6.4%인 태양전지는 7.6%로 약 20%, 7.9%인 태양전지는 8.6%로 약 9% 향상됐다.
과거 금속나노입자를 유기박막태양전지에 적용해 효율이 증가하는 것을 규명한 연구가 수행된 적은 있지만 효율 증가의 원인은 정확하게 밝혀지지 않았다. 연구팀은 유기박막태양전지에 도입된 금속나노입자의 플라즈모닉 빛 전방 산란 특성으로 인해 크기가 커질수록 효율이 증가하다가 약 70㎚ 크기에서 가장 큰 효율 향상을 보이는 것을 이론과 실험으로 증명했다.
이 교수는 “금속나노입자의 플라즈모닉 산란 특성을 조절한 광공학 설계의 가능성을 확인했다”며 “저렴한 용액 공정으로 나노입자를 합성ㆍ적용했기 때문에 대면적 태양전지 모듈 제작에도 쉽게 적용이 가능하다”고 말했다.
이 교수가 주도하고 박사과정의 백세웅 학생이 참여한 이번 연구 성과는 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’의 지난 25일자 온라인판에 게재됐다.
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