국내 연구진, 유전체 코팅기술 개발…나노선 태양전지 효율 2배↑

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진이 저렴한 비용으로 실리콘 나노선(nano wire) 태양전지의 효율을 2배 가량 높일 수 있는 유전체 코팅기술을 개발했다.

김선경 경희대 응용물리학과 교수는 2일 미국 채플힐 노스캐롤라이나대 제임스 카훈 교수와 함께 빛 흡수율이 낮은 게 단점인 나노선 태양전지 표면을 유전체로 코팅해 효율을 높이는 데 성공했다고 밝혔다

이 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노레터스’(Nano Letters 1월 15일자)에 게재됐다.

나노선 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 부분에 실리콘 박막 대신 지름 200나노미터(㎚=10억분의 1ｍ), 길이 수십 마이크로미터(㎛)의 실리콘 나노선을 사용한 것이다.

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나노선 태양전지는 빛을 자기 구조로 끌어들이는 광학안테나 효과와 빛을 구조 안에 가두는 효과가 있어 박막 태양전지보다 광 흡수율이 2배 이상 높지만 실 같은 형태이기 때문에 흡수 부피가 작아 전체적으로는 박막보다 광 흡수율이 크게 떨어진다.

연구진은 이 연구에서 나노선으로 두께 200㎚의 태양전지를 만들고 그 위에 유전체인 질화규소(Si₃N₄)를 플라스마 기상 증착 방식으로 50㎚ 두께로 코팅, 새로운 구조의 나노선 태양전지를 만들었다.

이 나노선 태양전지는 4%의 효율을 기록, 기존 나노선 태양전지들보다 효율이 2배 가량 높은 것으로 나타났다.

연구진은 “나노선 최외각의 유전체 층이 빛을 굴절시켜 나노선의 광 흡수율을 높인 것으로 보인다”며 “이 구조의 나노선 태양전지를 기존 박막 태양전지 두께로 만들면 효율을 이미 상용화된 제품 수준 이상으로 높일 수 있을 것”이라고 설명했다.

김 교수는 “이 연구는 나노선 태양전지 소자의 단점인 낮은 광 흡수율을 저렴한 비용으로 2배 가량 높인 것”이라며 “이는 기존 공정을 바꾸지 않는 기술로 나노선 물질의 품질 개선 등만 이뤄지면 즉시 적용도 가능하다”고 말했다.