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경희대, 그래핀·실리콘 양자점 태양전지 세계 최초 개발
실리콘 양자점 기반의 태양전지 중 세계 최고효율인 16.2% 달성
2018년 01월 05일 (금) 10:43:04
   
사진설명 - (좌측) 그래핀/p형 실리콘 양자점/n형 실리콘 웨이퍼 융합구조 태양전지의 걔략도, (우측) 염화금 (AuCl3) 및 은나노선 (Ag nanowire) 의 도핑 농도에 따른 태양전지 효율 변화

[대학저널 신효송 기자] 경희대학교(총장 조인원) 응용물리학과 최석호 교수 연구팀이 꿈의 나노소재인 그래핀과 실리콘 양자점으로 이뤄진 그래핀·실리콘 양자점 융합구조 태양전지를 세계 처음으로 개발했다. 이번 연구는 에너지 분야의 세계적 학술지인 나노 에너지(Nano Energy)에 지난 4일 게재됐다. 연구팀은 해당 기술을 국내외 특허 출원했다.

태양전지 개발은 태양광시대의 주역으로 평가받는 분야이다. 많은 연구자들은 오는 2020년이면 세계 태양광 시스템의 평균 가격이 1W당 1달러 미만으로 하락할 것으로 예상하고 있다. ‘그리드 패리티’라고 불리는 이 시점은 태양광 발전 단가가 화석연료의 발전 단가와 같아지는 시점이다. 하지만 저조한 태양광 발전 효율과 비싼 가격이 문제점으로 지적되고 있다.

이러한 상황에서 실리콘 기반의 태양전지가 주목받고 있다. 실리콘 태양전지는 재료가 흔하고 튼튼하다는 장점 때문에 태양전지 개발의 주력분야이다. 그러나 실리콘 양자점 태양전지의 효율은 14%대를 넘지 못했다. 이는 실리콘 양자점 태양전지의 가장 큰 문제점 중 하나로 부각됐다.

최석호 교수팀의 이번 연구는 실리콘 양자점을 바탕으로 그래핀을 투명하고 유연한 전극으로 사용하는 태양전지의 실용화를 앞당길 것으로 기대된다. 기존의 실리콘 양자점 태양전지에 사용한 금속박막 전극을 투명한 그래핀 전극으로 대체해 태양전지의 효율을 16.2%로 획기적으로 향상시켰다.

최석호 교수 연구팀의 태양전지의 높은 효율 상승 비결은 그래핀 전극에 있다. 그래핀 전극은 투명도가 매우 높아 태양광의 모든 빛이 그래핀을 통과해 실리콘 양자점이 빛을 더 잘 흡수할 수 있다. 연구팀은 기존 금속전극/실리콘 양자점 구조 태양전지와 비교, 그래핀의 도핑 농도를 조절해 전극과 실리콘 양자점 층이 전기적으로 더 잘 접합되도록 최적화해 태양전지의 성능을 향상시켰다. 이와 함께 그래핀이 태양전지 표면에 입사하는 태양광의 반사도를 감소시키는 역할도 해 특별한 반사방지막 제작 공정 없이 태양전지의 효율을 향상시켰다.

최석호 교수는 “이번 연구는 답보 상태에 있던 실리콘 양자점 기반 태양전지의 효율을 16.2%까지 획기적으로 개선했다는 점에 큰 의의가 있다”며 “이번 성과는 태양전지만이 아니라 LED, 광검출소자 등에도 응용될 수 있을 것으로 보인다”고 말했다.


신효송 기자 shs@dhnews.co.kr
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