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[중국] 태양광 전기 전환 효율을 8%에 도달시키는 신형 광 민감성 나노 입자 발견

○ 캐나다 토론토대학 전기 및 컴퓨터 공학부에서 현재 박사후 연구를 실행하고 있는 닝즈쥔(寧志軍) 박사는 최근 기타 연구 인원들과 공동 연구를 실행하여 일종 신형 고체 상태의 안정적인 광 민감성 나노 입자인 콜로이드 양자 점을 측정하는 기술을 개발하여 이슈가 되고 있다.

○ 이번에 개발된 측정 기술은 더욱 저렴한 플렉시블 태양전지 및 기체 민감센서, 적외선 레이저, 적외선 발광 다이오드 개발에 응용할 수 있는 것으로 나타났다.

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 네이처 머티리얼스(Nature Materials) 저널에 발표되었다.

○ 콜로이드 양자 점은 두 가지 유형의 반도체에 기반 하여 태양광을 수집하는데 하나는 N 타입(풍부한 전자)이고 다른 하나는 P 타입(부족한 전자)이며 그 중 N 타입 반도체 재료는 공기 속에 노출될 때 산소 원자와 결합하여 전자를 잃게 되고 P 타입 재료로 전환하게 된다.

○ 닝즈쥔 박사의 설명에 따르면, 연구팀이 개발한 콜로이드 양자 점 기술은 N 타입 재료를 공기 속에 노출시킬 때 산소와 결합하지 않으며 안정적인 N 타입과 P 타입 층을 동시에 유지하여 광 흡수 효율을 향상시킨 동시에 광 캡처 및 전기 전도의 최적 성능을 동시에 취득할 수 있는 신형 광전자 장치를 개발할 수 있게 되었다고 한다.

○ 이런 신형 광전자 장치는 기상 위성, 원격 제어 설비, 위성 통신 혹은 오염 검출기기 개발에 응용될 수 있다고 한다.

○ 닝즈쥔 박사의 설명에 따르면, 연구팀이 이번에 새롭게 개발한 신 재료를 이용하여 새로운 장치 구조를 개발할 수 있다고 한다. 일반적인 실리콘 재료 전지에 비해 콜로이드 양자 점 재료는 저온 하에서 합성할 수 있으며 에너지 소모가 낮고 공법이 간단하다고 한다.

○ 이런 용액을 이용하여 처리한 무기 재료는 전지의 안정성과 편리하게 휴대할 수 있는 특성을 강화시켰다고 한다.

○ 연구팀은 이번 연구를 통해 요오드는 효율성과 공기 안정성을 동시에 보유한 양자 점 태양전지의 완벽한 리간드(Ligand)에 속한다는 점을 발견하였다.

○ 흡수하는 태양광 스펙트럼은 적외선 구역에까지 도달할 수 있기 때문에 N-P 하이브리드 신 재료는 더욱 많은 광 에너지를 흡수 할 수 있으며 태양 에너지 전환 효율을 최고 8% 수준에까지 도달시킬 수 있는 것으로 나타났다.

○ 성능 개선은 이런 타입의 양자 점 태양전지 구조의 시작에 속하며 미래에 기능이 강한 양자 점을 잉크와 혼합시켜 가볍고 슬림적이고 플렉시블한 표면에 코팅되거나 인쇄를 하여 태양 에너지를 통해 생산되는 전기 원가를 대폭 감소시킬 수 있게 될 것으로 전망된다.

○ 콜로이드 양자 점 태양전지 기술은 최근 10년 간 개발된 혁신적인 기술로서 태양 에너지 전환 효율은 이미 최초의 0.1% 수준에서 실험실 조건 하에서의 10% 수준으로 향상된 상황이다.

○ 하지만 동 기술의 실제적인 상용화를 실현하려면 동 기술의 절대적 성능을 지속적으로 개선하고 전기 전환 효율을 지속적으로 향상시켜야 하는 과제를 해결해야 할 것이라고 닝즈쥔 박사는 강조하고 있다.