퀀텀닷 태양전지 효율 향상 기술 개발.."전류손실 해결"

KIST-KAIST 공동연구진, 이중 층 구조의 신물질 개발

(서울=연합뉴스) 이한승 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 28일 퀀텀닷 태양전지의 전류 손실을 막아 전지 효율을 47% 높이는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구에는 KIST 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀, 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정연식 교수팀이 공동으로 참여했다.

퀀텀닷 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 주목을 받고 있지만, 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 어려움을 겪고 있는 상태다.

퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 '정공수송층'은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 정공수송층은 퀀텀닷 태양전지의 정공을 전달하는 역할을 하는 층이다.

특히 빛을 흡수해 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다.

전 세계 많은 연구진이 이를 해결하기 위해 새로운 정공수송층 재료 개발을 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자가 발생해 성과를 거두지 못하는 경우가 많았다고 KIST는 설명했다.

쌍극자는 크기가 같은 양의 전하와 음의 전하가 일정 거리 만큼 떨어져 있는 전하 배열이다.

KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 양자역학 이론을 활용해 이중 층 구조의 신물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발했다고 KIST는 밝혔다.

KIST는 이를 통해 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 줄여, 전지 효율을 47% 향상시켰다고 설명했다.

연구진은 이번 연구를 바탕으로 누설 전류를 더욱 감소시키려는 실험과 결과가 이어진다면 퀀텀닷 태양전지가 상용화될 수 있을 것으로 기대했다.

KIST 김진영 박사는 "이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 방향을 제시할 것"이라고 밝혔다.

연구 결과는 소재 분야 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials) 최신호에 표지논문으로 게재될 예정이다.

jesus7864@yna.co.kr

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