나노기술 및 정책 정보

• 목록

기존 실리콘 태양전지보다 좋은 효율의 소재를 찾기 위한 연구가 활발한 가운데 서로 다른 태양전지를 결합해 만든 탠덤(Tandem) 태양전지의 효율을 높일 길이 열렸음.

2일 포항공과대학교(포스텍)는 박태호 화학공학과 교수 연구팀이 캐나다 토론토대(University of Toronto)와의 공동연구를 통해 콜로이드 양자점(CQD)과 유기 분자를 결합해 모놀리식 통합 하이브리드 탠덤 태양전지(TSC)를 합성하는 데 성공했다고 밝힘. 모놀리식 소자는 기판 하나에 다양한 소자가 집적으로 적층된 기술을 뜻함. 이번 연구는 양자점을 이용해 기존 탠덤 태양전지의 효율을 뛰어넘는 성과를 보였음.

탠덤 태양전지는 빛을 흡수하는 파장의 영역이 다른 두 개 이상의 태양전지용 반도체를 쌓아올려 만듦. 탠덤 태양전지는 가시광선 영역에서 더 많은 빛을 흡수할 수 있는 소자임. 다만 유기물과 접합한 기존 탠덤 태양전지는 아직 단일 태양전지의 성능에는 미치지 못한다는 한계가 있었음. 연구팀은 전지가 흡수하는 태양광 영역을 자유롭게 바꿀 수 있는 양자점에 주목해 이같은 문제를 해결했음. 양자점은 반도체를 아주 작게 만든 물질로, 다른 광활성층 물질이 흡수하지 못하는 적외선 영역까지도 흡수하는 것이 장점임.

연구팀은 용액공정을 통해 근적외선 영역에서 광 흡수성이 뛰어난 양자점을 여러 겹으로 쌓아 올리고, 이중 근적외선(NIR) 흡수기를 사용해 다양한 파장대를 흡수할 수 있는 전략적 광학 구조를 갖는 하이브리드 태양전지를 개발했음. 특히, 유기물층이 양자점 용매에 녹아 필름이 제거되는 문제를 해결하기 위해 다중 흡수층을 도입했음. 이렇게 개발된 양자점 하이브리드 탠덤 태양전지는 개별 단일 접합 전지보다 높은 13.7 %의 전력 변환 효율(PCE)을 보였음. 이는 기존 텐덤 태양전지가 가지고 있던 한계를 뛰어넘는 결과임.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ 지에 게재됨.