“저렴하고 간단한 유전체 코팅기술로 태양전지 효율 2배 향상”

김선경 교수, 태양전지 근본적인 문제점인 광 흡수율 저하 해결 가능성 열어

국내 연구진이 차세대 무한 재생에너지의 소재로 주목받고 있는 나노선 태양전지에 저렴한 유전체 코팅기술을 도입해 효율을 2배 가량 높이는 데 성공했다. 특히 이를 통해 나노물질을 이용한 태양전지의 근본적인 문제점인 광 흡수율 저하를 해결하는 단초를 열었다는 점에서 의미가 있다.

(사진=미래창조과학부)

2일 미래창조과학부에 따르면 경희대 김선경 교수(제1저자ㆍ사진)가 주도하고, 미국 노스캐롤라이나 채플 힐 대학 제임스 카훈(James Cahoon) 교수(교신저자)와 고려대 박홍규 교수가 참여한 이번 연구는 미래부가 추진하는 기초연구사업(신진연구자 지원) 지원으로 수행됐다. 연구결과는 나노 과학기술 관련 권위지인 나노레터(Nano Letters)에 지난 1월15일자로 게재됐다.

나노선 태양전지는 외부에서 들어오는 빛을 자신의 구조 안으로 끌어당기는 광학 안테나 효과와 구조 내 빛의 가둠 효과가 우수, 같은 두께의 일반 박막 태양전지보다 단위 부피당 광 흡수율이 2배 이상 우수하다. 그러나 본질적으로 나노선은 실과 같은 가느다란 형상이어서 흡수 부피가 작아 전체 광 흡수율은 떨어질 수밖에 없어, 나노선을 이용한 상용 태양전지 개발에 큰 걸림돌이 돼왔다.

이에 연구팀은 p형과 n형으로 도핑된 실리콘이 나노선 기둥의 내부와 외부를 형성하고 있는 PN 접합 다이오드를 합성했다. 이어 비교적 저렴한 방법(플라즈마 화학 기상 증착법)을 이용해 나노선의 최외각 부분을 균일한 두께의 유전체 층으로 도포, 유전체 층 도입 전보다 2배 가량 광 흡수율을 높이는 데 성공했다.

김선경 교수는 “나노선 태양전지 소자는 작은 흡수 부피로 인한 광 흡수 저하가 늘 골치 아픈 문제였는데, 추가 공정비용을 최소로 하는 유전체 코팅기술로 광 흡수율을 2배 가량 높인 것은 괄목할 만한 성과”라며 “기존의 박막구조에만 적용되던 유전체 코팅기술을 나노구조까지 확장해 광학 안테나 향상효과를 설명한 것은 물리학적으로도 의미 있는 발견”이라고 밝혔다.