김종규․이종람교수팀, 3D 구조층 이용해

다양한 태양전지 성능 향상법 개발

 
 화석연료를 대체하기 위한 새로운 에너지 발전으로 대두되는 것 중 이미 상용화에 들어간 실리콘 태양전지는 설비 단가가 비싼 것이 단점이다. 이에 따라, 생산단가를 대폭 낮출 수 있는 유기염료를 이용한 유기태양전지에 관한 연구가 학계에서 활발하게 이뤄지고 있지만, 상용화가 이뤄지기 위해서는 유기태양전지의 효율을 더욱 향상시켜야 한다.
 국내 연구진이 3D 나선을 이용하면 유기태양전지의 빛 흡수량을 극대화시킬 수 있다는 연구결과를 내놔 주목을 끌고 있다.

 POSTECH 신소재공학과 박사과정 권현아․김종규 교수, 함주영․이종람 교수 연구팀은 유기태양전지의 전극을 3D 나선형 구조로 만들어 빛의 흡수량 및 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 결과를 제시하여 재료과학분야 권위지 ‘어드밴스드에너지머터리얼스(Advanced Energy Materials)’ 13일자 표지논문을 통해 발표하면서 학계의 관심을 모았다.

 유기태양전지는 통상 아주 얇은 박막을 이용해 제작하기 때문에 빛을 효율적으로 흡수하지 못한다. 하지만 연구팀은 전극을 3D 나선형 구조로 만들 경우 태양전지로 들어오는 태양광이 밖으로 반사돼 소실되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 들어오는 태양광을 분산시켜 흡수되는 빛의 양을 극대화할 수 있다는 사실을 확인했다.

 뿐만 아니라 이를 이용해 전기적 특성까지 동시에 향상시킬 수 있어 유기태양전지의 효율을 기존에 비해 10% 향상시켰다.

 또한, 이 구조를 만드는 방법인 ‘경사각증착법’은, 나노 물질을 기판에 증착(蒸着)시키는 공정에서 기판을 기울이거나 회전시키기만 하면 되는 방법으로 다양한 물질이나 기판에도 응용이 가능하고 나노구조의 모양 역시 다양하게 만들 수 있다는 장점이 있다.

 응용 가능한 물질이 광범위하다는 장점은 유기태양전지 뿐만 아니라 물 속에서 수소와 산소를 분리해내는 물분해셀, 유리창에 염료를 칠하는 것만으로도 태양광을 이용한 발전이 가능하다는 것으로도 잘 알려진 염료감응형 태양전지 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

 한편 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 Global Research Network 사업과 중점연구소사업의 지원으로 수행됐다.