자외선 영역 빛도 에너지 변환…“전지‧드론 등 활용 기대”
버려지는 자외선 영역도 전기에너지로 변환할 수 있는 기술이 개발됐다.
30일 광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학부 장재형 교수와 한국광기술원 정호중 박사 공동연구팀이 기존에 가시광선과 적외선 태양광만 전기에너지로 변환할 수 있는 기술에서 나아가 자외선도 전기에너지로 변환할 수 있는 ‘하이브리드 유연박막 태양전지’ 기술을 개발했다고 밝혔다.
CIGS 유연박막 태양전지는 구리(Cu)와 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 4원소로 구성된 화합물로 만들어, 실리콘에 비해 광흡수계수가 10배 이상 크고 안정적이다. 비실리콘 태양전지 가운데 에너지 변환효율이 가장 높으면서도 가볍고 유연해 차세대 태양전지로 주목받는다.
하지만 자외선 영역을 포함하는 짧은 파장대역을 전지 상단 투명전극이 흡수해 전기에너지로 변환하지 못하는 한계가 있었다.
연구팀은 차세대 형광물질인 페로브스카이트를 결합해 파장이 짧은 자외선 대역도 효과적으로 사용할 수 있는 기술을 개발했다. 금속과 할로겐족(불소, 염소, 브롬, 요오드)이 결합된 반도체물질인 페로브스카이트는 자외선을 가시광으로 변환하는 특성이 있어 LED, 디스플레이, 태양전지의 광소재로 널리 사용된다. 연구팀은 자외선 영역의 빛을 흡수해 가시광 대역의 빛을 발광하는 나노 결정의 페로브스카이트 고효율 형광체 개발에 성공해 CIGS 태양전지의 투명전극층 위에 적용했다.
새로 개발된 태양전지는 자외선 대역의 손실을 해결했을 뿐 아니라 소자 표면의 반사를 최소화해 효율도 극대화하도록 설계했다.
장 교수는 “이번에 개발된 고효율 유연 태양전지는 건물일체형 태양전지, 전기자동차, 드론 등 다양한 분야에 응용 가능하다”며 “제작공정이 간단하고 가격 경쟁력과 광변환 효율이 우수한 페로브스카이트 응용 연구는 차세대 하이브리드 태양전지 양산화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구의 논문은 영국왕립학회가 발간하는 나노기술 분야 국제학술지 나노스케일에 표지논문으로 실렸다.
