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'하이브리드 태양전지' 기존보다 더 쉽게 만든다

연세대 윤성수·강달영 연구팀, 저온공정 제조 기술 개발

실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 제조공정 개략도
실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 제조공정 개략도실리콘 표면을 기둥과 피라미드 형상으로 계층 구조화하고서 상온 접촉인쇄법으로 계면에 초박막을 형성하고 유기물을 스핀 코팅했다. 이어 상·하부 전극을 증착해 태양전지 소자를 만들었다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 연세대 윤성수 박사·강달영 교수 연구팀이 기존보다 낮은 온도에서 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지를 제조하는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

태양전지는 신재생에너지로 주목받는다.

현재 시장에서 주류를 차지하는 건 결정질 실리콘 태양전지다.

이 전지는 20% 이상의 높은 에너지 효율과 장기 안정성을 장점으로 갖고 있다.

그러나 900도 이상 고온과 진공을 이용해 제조해야 하기 때문에 공정이 복잡하다. 비용도 많이 든다.

학계에선 이런 한계 극복을 위해 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 연구를 활발히 진행하고 있다.

하이브리드 태양전지는 결정질 실리콘 기판 위에 유기 반도체 물질을 코팅해 만든다.

결정질 실리콘 태양전지보다 상대적으로 공정이 단순하면서 비용이 덜 든다.

연구팀은 비교적 낮은 온도에서 에너지 효율이 17.3%에 이르는 세계적 수준의 고효율 태양전지를 구현했다.

최고 공정온도는 130도 정도에 불과하다.

태양전지 구조 개략도(왼쪽), 실리콘 표면 전자현미경(가운데), 최종 태양전지 소자 전류-전압 곡선. 17.3%에 이르는 세계 최고 효율의 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 소자를 만들었다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

에너지 효율을 높이고자 연구팀은 실리콘 표면을 계층적 구조(구조 위에 다른 구조가 있는 형태)로 만들어 태양 빛 반사를 줄였다.

유기 고분자 물질 두께를 제어해 전기에너지 손실도 막았다.

물질 간 계면 재결합 손실(태양 빛으로 발생한 전자와 정공이 서로 결합하는 현상)을 줄이는 상온 접촉인쇄 공정도 개발했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 후속 연구를 통해 변환효율을 18.5%까지 향상할 수 있다는 사실을 확인했다.

강달영 교수는 "비싸고 복잡한 공정 대신 저온에서 매우 간단하게 실리콘-유기물 하이브리드 태양전지 효율을 끌어올린 것"이라며 "이를 바탕으로 휘어지고 늘어나는 유연 태양전지도 개발할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업(기본연구) 지원으로 수행했다.

성과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머트리얼즈'(Advanced Energy Materials) 지난해 12월 7일 자에 실렸다.

walden@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2018/01/03 12:00 송고

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