차세대 전자소자 에너지 소재로 주목받는 '콜로이달 양자점 태양전지'를 고안정·고성능화하는 기술이 개발됐다.
KAIST(총장 신성철)는 이정용 EEWS 대학원 교수팀이 콜로이달 양자점 태양전지에 비정질 단분자 박막을 적용해 전지 성능을 크게 높이는 기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.
콜로이달 양자점 태양전지는 근적외선 영역까지 빛을 흡수하는 유연·경량 소재다. 최근 변환효율 향상으로 상업 응용 가능성이 높아졌지만, 아직 기존 태양전지 수준에는 미치지 못하고 있다. 소재가 산소 및 수분에 노출될 때 성능과 안정성이 크게 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
연구팀은 원자 배열이 액체와 같이 흐트러져 있는 비정질 단분자 박막이 산소와 수분에 높은 저항성을 가지는 것에 주목해 태양전지 내 외부 전극에 적용했다. 박막이 '배리어 층' 역할을 하게 해 전지 안정성을 확대했다.
박막을 '정공선택층'으로도 활용했다. 정공선택층은 전지 내 양극과 음극 사이에서 전하를 이루는 전자와 정공을 분리하는 역할을 한다. 전지가 가진 전기전도도를 크게 높인다.
연구팀은 박막을 활용한 결과 값 비싼 금 전극 대신에 은 전극을 써도 성능 감소 없이 전지 생산 비용을 낮출 수 있다는 것을 확인했다. 단분자 박막을 이용한 양자점 태양전지는 11.7% 최고효율을 보였다. 이는 금 전극을 이용한 양자점 태양전지와 비슷한 수준이다. 공기에 1년간 노출시켜도 초기 대비 90% 효율을 유지하는 것으로 나타났다.
연구팀은 또 새로운 박막 기술이 다른 전지에 대한 응용성도 뛰어나다고 설명했다. 진공증착 방식을 이용해 소자 종류에 관계 없이 어떤 박막소자에도 응용가능하다.
이정용 교수는 “새로운 기술은 양자점 태양전지 뿐만 아니라 양자점 발광소자, 유기 전자소자, 페로브스카이트 소자 등 다양한 분야에 적용할 수 있다”며 “저렴한 가격에 고효율 양자점 태양전지를 상용화할 수 있는 원천기술이 될 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
