김경식 연세대 교수팀, 나노구조 덧입혀 햇빛 흡수율 1.7배 향상
박막형 태양전지에서 햇빛을 흡수하는 박막 위에 나노미터 크기의 공이나 고깔 모양 구조를 덧입혀 에너지 생산효율을 높이는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
김경식 연세대 교수(기계공학과ㆍ사진)와 강구민 박사과정생 연구팀은 유대혁 한국표준과학연구원 박사, 파딜라 미 보스턴컬리지 교수와의 공동연구를 통해 박막형 태양전지 표면에 나노구조를 덧입히는 방식으로 햇빛 흡수율을 1.7배까지 높이는데 성공했다고 9일 밝혔다.
100㎚ 이하 초박막 빛 흡수층을 사용하는 박막형 태양전지는 막의 두께가 얇다보니 햇빛이 투과하면서 머무는 시간이 짧아 햇빛 흡수율이 낮다는 한계가 있다. 박막 위에 햇빛을 더 오래 잡아두기 위해 표면에 요철을 만드는 시도가 있었지만 표면처리에 반도체 공정기술이 필요하고 초박막에는 적용할 수 없다는 게 단점이었다.
연구팀은 초박막 실리콘 위에 나노 크기의 공이나 고깔, 반구 모양의 유전체 구조를 덧붙여 햇빛이 1.7배까지 더 잘 흡수된다는 사실을 확인했다. 유전체는 플라스틱, 유리, 고무 등 전기가 흐르지 않으면서 전기장의 영향을 받으면 전자가 한쪽으로 쏠리는 분극현상이 일어나는 물질을 말한다.
김경식 교수는 "덧입힌 나노구조가 박막 위에 밀폐된 공간을 만들어 햇빛을 가둠으로써 빙 흡수율이 높아지는 것"이라며 "나노구조는 햇빛의 반사를 막는 역할도 한다"고 설명했다. 특히 박막 위에 증착된 폴리머 내장층 안에 나노크기 공을 심어 넣으면 빛 집속 효과가 일어나 빛 흡수율이 더 높아지는 것으로 확인됐다.
김 교수는 "이 기술은 공정이 간단하고 비용이 저렴하며, 다른 종류의 박막 태양전지에도 쉽게 적용될 수 있어, 고효율 박막 태양전지 소재 성능 향상에 기여할 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이 연구는 교육부와 한국연구재단 지원 하에 이뤄졌으며 연구결과는 재료분야 권위지인 `어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 3월26일자 온라인판에 게재됐다.
안경애기자 naturean@ |
