작성일 : 18-06-08 18:04
이정용 KAIST 교수 "페로브스카이트 소자 등에도 적용" , 고효율 콜로이달 양자점 태양전지 기술 개발
 글쓴이 : happy
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고효율 콜로이달 양자점 태양전지 기술 개발

이정용 KAIST 교수 "페로브스카이트 소자 등에도 적용"

박성민 기자 sungmin8497@hellodd.com

입력 : 2018.06.07|수정 : 2018.06.07

비정질 단분자 박막을 3D 이미지로 묘사한 개념도.<사진=KAIST 제공 >

비정질 단분자 박막을 3D 이미지로 묘사한 개념도.<사진=KAIST 제공>


국내 연구팀이 고효율의 콜로이달 양자점 태양전지 기술을 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 이정용 EEWS대학원 교수 연구팀이 산소와 수분에 저항성을 갖는 박막을 이용해 고성능·고안정성의 양자점 태양전지 제작 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

콜로이달 양자점 태양전지는 매우 가볍고 유연하며 근적외선 영역까지 흡수하는 특성 때문에 차세대 전자소자 에너지 소재로 주목받고 있다.

최근 변환효율이 향상되면서 다양한 상업적 응용 가능성이 높아지고 있지만 아직까지 효율과 안정성, 비용 측면에서 기존의 상업화된 태양전지에 비해 경쟁력이 부족했다.

연구팀은 비정질의 단분자 박막이 산소·수분에 높은 저항성을 갖는 것에 주목해 이를 양자점 태양전지의 외부 전극 쪽 정공선택층으로 활용하는 기술을 개발했다.

산소·수분에 저항성이 높은 막을 외부 전극 쪽에 활용하면 공기 중에 노출됐을 때 산소나 수분의 침투를 효과적으로 막아 양자점 태양전지소자의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

특히 이 단분자 박막은 유기 반도체 증착을 통해 전기전도도를 크게 향상시킬 수 있어 단순한 배리어 층이 아닌 태양전지에서 생성된 정공(正孔)을 효과적으로 전달하는 역할도 수행할 수 있다.

연구팀이 개발한 기술에 대한 개념도와 제작된 양자점 태양전지 성능 그래프.<사진=KAIST 제공 >

연구팀이 개발한 기술에 대한 개념도와 제작된 양자점 태양전지 성능 그래프.<사진=KAIST 제공>


연구팀의 기술은 다양한 장점이 있다. 우선 진공증착 방식을 이용하므로 소자 종류와 상관없이 어떠한 박막소자에도 응용 가능하다. 또 두께를 자유롭게 조절할 수 있어 박막이 갖는 산소·수분의 차단 특성을 극대화할 수 있다.

양자점 층에서 생성된 정공을 전극까지 효과적으로 전달할 수 있고 비싼 금 전극을 성능 감소 없이 저렴한 은 전극으로 대체할 수 있기 때문에 소자의 생산비용을 크게 낮출 수 있다.


연구팀은 이 기술로 고성능·고안정성 양자점 태양전지를 제작하는데 성공했다. 이는 기존의 금 전극을 사용해 제작한 고효율 양자점 태양전지와 비슷한 효율을 가진다.

연구팀은 단분자 박막을 이용한 양자점 태양전지를 제작해 약 11.7%의 최고효율을 달성했다. 산소·수분 저항성을 확보해 소자를 공기 중에서 보관할 시 약 1년이 지나도 초기 효율의 90% 이상을 유지함을 확인했다.

이정용 교수는 "양자점 태양전지뿐 아니라 양자점 발광소자, 유기 전자소자, 페로브스카이트 소자 등 다양한 분야에 적용 가능하다"라며 "저렴한 가격에 고효율의 양자점 태양전지를 제작해 상용화를 앞당길 수 있는 원천기술이 될 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구에는 백세웅 박사, 이상훈 박사과정이 공동 1저자로 참여했다. 국제 학술지 '에너지&인바이러멘탈 사이언스'에 5월 10일 자 온라인판으로 게재됐다.