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고효율 하이브리드 태양전지 개발

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고효율 하이브리드 태양전지 개발

디지털타임스| 기사입력 2012-08-22 20:27 기사원문

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
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高效率ハイブリッド太陽電池開発

高效率ハイブリッド太陽電池開発

デジタルタイムス| 記事入力 2012-08-22 20:27 記事原文
src=http://imgnews.naver.net/image/029/2012/08/22/2012082302011157650003.jpg
シリコーン薄膜・遺棄電池結合… 厚さ減らしてエネルギー效率は 3倍高めて

材料研究所金蒼水博士チーム


シリコーン薄膜太陽電池と遺棄太陽電池を一階ずつ積んだハイブリッド太陽電池が国内研究陣によって開発された. ハイブリッド太陽電池は現在常用化されている太陽電池に比べてエネルギー效率はまだ低いが電圧が 2倍位に高くて電子機器充電など活用度がすぐれた強点だ.

材料研究所(所長講釈峰)は素子機能薄膜研究室金蒼水博士チームが既存太陽電池の長所を結合したシリコーン薄膜-遺棄ハイブリッド太陽電池を開発したと 22日明らかにした.

現在太陽電池は出力電圧が 0.7〜0.8Vで低い. しかし日常でたくさん使う乾電池は 1.5Vが主に使われて大部分の電子機器とおもちゃも 1.5V 電圧で作動する. そうしたら電圧が半分位に低い太陽電池は電子機器などに使いにくかった.

このために太陽電池二枚を重ねて積層型で作る研究が成り立ったが一枚太陽電池に比べて效率がとても低いのが問題だった. 海外研究陣が以前にお目見えしたシリコーン薄膜-遺棄ハイブリッド太陽電池は效率が 2%で低く出た. 日の光から 100のエネルギーを受け入れても太陽電池で生産する電気が 2しかならないのだ. シリコーン太陽電池を 2個重なった方式も研究されたが厚さが 3〜4um路とても厚いという限界があった.

研究チームはシリコーン薄膜太陽電池と遺棄太陽電池を重ねて電圧を 1.5V 水準で引き上げる同時にエネルギー效率は既存の 3倍水準である 6%まで高さで, 電池厚さは既存の 5分の 1 水準である 500〜600nm(ナノメートル)で作るのに成功した.

400〜500nm 厚さのシリコーン薄膜太陽電池を下の階, 100nm 厚さの遺棄太陽電池は上の階に配置した後上に置かれた遺棄太陽電池が半分位の光だけ吸収して残り半分は下で透過させるように厚さを調節しても階がめいめいに光を受け入れるようにした. また二つの階の中に伝導性高分子と透明酸化物を入れてそれぞれの太陽電池で電子と精工が最大限效率的に移動するように誘導した. この技術は多様な構造の太陽電池に接木されて太陽光の活用效果を高めることができることで期待される.

金蒼水博士は二つの太陽電池を重ねた方式で一段階発展させて一太陽電池中でユギマックとムギマックを 2階で配置した単一構造太陽電池も研究しているとハイブリッド太陽電池でも 10% 以上の世界最高效率を果たすのが目標だと明らかにした.

が研究結果は材料分野権威誌である `オドベンスドモティリオルス(Advanced Materials)¥" 最新号(28日付け) 表紙論文で載せられた.

めがね赤ちゃん者 naturean@

◇ 写真説明 : 高效率積層型ハイブリッド太陽電池を開発した材料研究所研究陣. 右側三番目が金蒼水博士

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