서강대학교(총장 유기풍) 화공생명공학과 문준혁 교수가 발표한 이번 연구결과는 영국왕립화학회의 저명 학술지인 ‘나노스케일’ (Nanoscale) (impact factor 6.739)에 3월 12호에 게재(3월 12일 온라인 출판)됐고 저널 표지(back cover)로도 선정됐다.
보석 ‘오팔’은 광학적, 구조적으로 독특한 특징이 있다. 오팔의 다채로운 색은 색소에 의한 화학적 색깔이 아니라 수백 나노미터 수준의 구형의 나노입자가 가지런히 배열되어 나타나는 빛의 주기적 반사에 의해 형성되는 구조적 색깔이다. 또한 오팔구조는 구형의 입자가 밀집된 쌓임 구조를 가져 단위 부피당 표면적인 높은 특성이 있다.
연구진은 이와 같은 오팔 구조의 다양한 장점을 모두 활용하는 태양전지 전극을 제작했다. 연구진은 오팔구조를 갖는 상하부 두개 층의 전극으로 제작해 상층은 구조색을 나타내는 오팔구조로 제작하고, 하층은 수백나노미터가 아닌 수십나노미터의 기공을 갖는 오팔구조로 제작했다.
이를 통해 고비표면적의 하층은 태양빛의 흡수를 극대화하고, 상층은 빛을 재반사해 하층 전극의 재흡수를 극대화하여 고효율의 광전변환이 가능한 태양전지 전극을 제작했다.
문 교수는 “오팔 구조는 기존에 많이 활용됐으나 이번 연구에서는 다양한 입자크기의 복합 오팔구조를 제작하여 오팔구조의 다양한 장점 즉, 광학적, 기하학적 장점을 모두 활용하여 고효율 태양전지 전극구조를 제안하였다는 데 의의가 있다”고 말했다.
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