나노기술 및 정책 정보

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● 일본 토호쿠대학교의 카토 토시아키 교수 연구팀은 두께가 원자 수준인 반도체 2차원 시트 ‘전이금속 디칼코게나이드(TMD)’를 활용하여 약 80%의 가시광 투과율을 갖는, 육안으로 존재를 거의 인식할 수 없는 수준의 고투명도 태양전지를 개발

● 또한, TMD 태양전지의 나노 스케일 기본 유닛의 최적 구조를 발견하고. 1cm2에 집적함으로써 실용 디바이스를 구동할 수 있는 수준의 전력(~420pW)을 낼 수 있음을 입증 발전

● 연구진은 ITO 전극표면에 수 nm(나노미터) 이하의 다양한 금속 박막을 증착시켜 ITO 전극의 일함수를 제어함으로써 ITO 투명도를 유지하면서 ITO/TMD 간 쇼트키 장벽 높이 제어를 시도

● 그 결과, 삽입된 금속 박막의 종류와 막 두께에 의해 ITO의 투명도를 손상시키지 않고 TMD 접합부의 쇼트키 장벽 높이를 자유롭게 제어할 수 있음을 발견

● 전하 분리 영역 및 캐리어 포집 영역에 각각 최적의 금속 박막/ITO 구조를 선택하여 디바이스를 제작하고 태양광 발전 성능을 비교한 바, 단순한 ITO 전극만을 사용했을 때에 비해, 최적화된 금속 박막/ITO 전극 구조의 경우 발전 효율이 1000배 이상 향상된다는 것을 규명

● 본 기술을 활용함으로써 향후 건물 창유리, 안경, 인간의 피부 등 다양한 환경 하에서의 발전(発電)이 가능해질 것으로 전망되며, CO2 감소로 인해 에너지 문제 및 환경 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 기대

※ Scientific Report 게재(2022.07.04.), “Fabrication of near-invisible solar cell with monolayer WS2”