강정구 교수, 양자점 이용한 고효율 투명 태양전지 개발

강정구 교수

아주경제 이한선 기자= 국내 연구진이 양자점을 이용한 고효율 투명 태양전지 원천기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 강정구 신소재공학과 교수 연구팀이 모바일 양자점을 활용해 투명한 고효율 염료감응 태양전지 원천기술을 개발하는데 성공했다고 25일 밝혔다.

연구 결과는 네이처에서 발간하는 사이언티픽 리포트 19일자 온라인판에 게재됐다.

현재 양산 가능한 염료감응 태양전지는 효율이 14% 정도로 낮아 가시광선 및 적외선 영역의 빛 흡수를 높이기 위해 염료, 빛 산란층, 플라즈몬 구조 등을 적용해 왔으나 태양전지가 두꺼워져 고효율의 투명 태양전지 구현에 한계가 있었다.

연구팀은 빛 흡수를 높이기 위해 염료감응 태양전지의 전해질에 양자점을 분산시켜 빛 산란층과 플라스몬 구조 없이도 9%대의 고효율을 달성했다.

아직 양산 가능한 태양전지보다 효율이 낮아 상용화에 시간이 걸릴 것으로 예상되지만 근본적으로 두께가 얇고 저렴한 염료감응 태양전지의 장점으로 의미가 있다고 KAIST는 밝혔다.

연구팀은 전해질에 분산돼 있는 양자점이 염료와 함께 빛을 흡수하고 나서 다시 빛을 방출해 TiO2-염료 층과 전해질에도 불구하고 투명한 태양전지를 구현했다.

또 가시광선 영역대에서도 양자점의 흡수와 방출 스펙트럼에 따라 형광공명 에너지 이동과 빛을 흡수한 양자점이 산화된 염료의 환원을 가속화시켜 태양전지 효율이 증가했고 빛 분산층과 플라즈몬 구조가 있는 투명하지 않은 셀과의 비교에서도 양자점의 흡수에 의한 효율 증가가 다른 효과보다 크고 투명한 특성을 보이는 것을 밝혀냈다.

강 교수는 “염료감응 태양전지의 높은 효율과 투명성을 모두 확보할 수 있게 됐고 투명한 유리창에 태양전지를 설치하는 것이 최종 목표”라며 “적외선 영역의 빛을 사용해 전기를 만들 수 있는 방법을 제시해 염료감응 태양전지의 적용 범위가 더욱 확대될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 KAIST 인공광합성센터, 고효율박막태양전지센터, 나노계면센터, WCU, 글로벌프론티어 사업 등의 지원을 통해 수행됐다.