나노크기 황화납으로 양자점 태양전지 효율 높여

향후 양자점 태양전지 개발 기반 마련

아주경제 강규혁 기자=나노크기의 황화납으로 양자점 태양전지의 효율을 1.6배 가까이 끌어올리는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

16일 교육과학기술부는 박남규 성균관대 교수 연구팀이 양자점 물질의 화학적 결합 특성을 조절해 관정류값에 근접한 양자점 태양전지 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번 기술 개발로 향후 효율이 뛰어난 양자점 태양 전지 개발에도 상당한 영향을 미칠 것으로 보인다.

최근 태양전지가 차세대 그린에너지로 관심이 높아지는 가운데, 유기염료 대신 나노크기의 반도체인 양자점을 산화물 표면에 흡착한 양자점 감응 태양전지는 미래 유망 태양전지 기술로 각광받고 있다.

양자점 태양전지를 개발하려면 가시광선 전 영역과 근적외선 영역까지 흡수할 수 있고 양자점 물질로 광전류밀도를 극대화해야 한다.

하지만 지금까지 개발된 PbS 양자점을 이용한 태양전지 중에서 가장 높은 광전류값은 제곱 센티미터당 약 19밀리암페어로, 이론값(38밀리암페어)에 비해 매우 낮았다. 이론값에 비해 1/2 수준밖에 되지 않는지에 대한 원인도 정확히 규명되지 못했다.

이에 박 교수 연구팀은 PbS 양자점의 전류밀도가 낮은 원인이 양자점을 구성하는 원소간의 화학적 결합특성과 관계가 있음을 알아냈다.

또 결정격자 안에 안정화시키면 화학적 결합과 결정성이 강화되고 광전특성도 우수해진다는 사실도 밝혀냈다.

특히 수은으로 도핑된 PbS 양자점의 강화된 화학적 결합특성으로 유도된 우수한 광전특성을 이용해, 광전류밀도가 표준 태양광조건에서 이론값에 가까운 세계 최고 수준인 30밀리암페어(mA/cm2)의 양자점 태양전지(5.6% 효율)도 개발했다.

박 교수는 "양자점 태양전지에서 광흡수 양자점 물질의 화학적 결합특성을 파악하고 화학결합을 미세하게 조절하면 이론값에 가까운 광전류를 실현할 수 있고, 앞으로 초고효율 태양전지 개발에도 중요한 과학적 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 설명했다.