高效率ハイブリッド太陽電池開発

고효율 하이브리드 태양전지 개발

| 기사입력 2012-08-22 20:27

실리콘박막ㆍ유기전지 결합… 두께 줄이고 에너지 효율은 3배 높여

재료연구소 김창수 박사팀

실리콘박막 태양전지와 유기 태양전지를 한 층씩 쌓은 하이브리드 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 하이브리드 태양전지는 현재 상용화돼 있는 태양전지에 비해 에너지 효율은 아직 낮지만 전압이 2배 정도로 높아 전자기기 충전 등 활용도가 뛰어난 게 강점이다.

재료연구소(소장 강석봉)는 소자기능박막연구실 김창수 박사팀이 기존 태양전지의 장점을 결합한 실리콘박막-유기 하이브리드 태양전지를 개발했다고 22일 밝혔다.

현재 태양전지는 출력 전압이 0.7∼0.8V로 낮다. 그러나 일상에서 많이 사용하는 건전지는 1.5V가 주로 쓰이고 대부분의 전자기기와 장난감도 1.5V 전압으로 작동한다. 그렇다 보니 전압이 절반 정도로 낮은 태양전지는 전자기기 등에 쓰기가 어려웠다.

이 때문에 태양전지 두 장을 겹쳐서 적층형으로 만드는 연구가 이뤄졌지만 한 장 짜리 태양전지에 비해 효율이 너무 낮은 게 문제였다. 해외 연구진이 이전에 선보인 실리콘박막-유기 하이브리드 태양전지는 효율이 2%로 낮게 나왔다. 햇빛으로부터 100의 에너지를 받아들여도 태양전지에서 생산하는 전기가 2밖에 안 되는 것이다. 실리콘 태양전지를 2개 겹친 방식도 연구됐지만 두께가 3∼4㎛로 너무 두껍다는 한계가 있었다.

연구팀은 실리콘박막 태양전지와 유기 태양전지를 겹쳐 전압을 1.5V 수준으로 끌어올리는 동시에 에너지 효율은 기존의 3배 수준인 6%까지 높이고, 전지 두께는 기존의 5분의 1 수준인 500∼600㎚(나노미터)로 만드는 데 성공했다.

400∼500㎚ 두께의 실리콘박막 태양전지를 아래층, 100㎚ 두께의 유기 태양전지는 위층에 배치한 후 위에 놓인 유기 태양전지가 절반 정도의 빛만 흡수하고 나머지 절반은 아래로 투과시키도록 두께를 조절해 두 층이 골고루 빛을 받아들이도록 했다. 또 두 층 가운데에 전도성 고분자와 투명 산화물을 넣어 각각의 태양전지에서 전자와 정공이 최대한 효율적으로 이동하도록 유도했다. 이 기술은 다양한 구조의 태양전지에 접목돼 태양광의 활용 효과를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

김창수 박사는 "두개의 태양전지를 겹친 방식에서 한 단계 발전시켜 한 태양전지 안에서 유기막과 무기막을 2층으로 배치한 단일구조 태양전지도 연구하고 있다"며 "하이브리드 태양전지에서도 10% 이상의 세계 최고 효율을 달성하는 게 목표"라고 밝혔다.

이 연구결과는 재료분야 권위지인 `어드밴스드머티리얼스(Advanced Materials)" 최신호(28일자) 표지논문으로 게재됐다.

안경애기자 naturean@

◇ 사진설명 : 고효율 적층형 하이브리드 태양전지를 개발한 재료연구소 연구진. 오른쪽 세 번째가 김창수 박사