버려지는 자외선->전기에너지 변환기술 개발

버려지는 자외선→전기에너지 변환가능 기술개발

송창헌 입력 2019.12.30. 09:14

버려지는 자외선 영역까지도 전기에너지로 변환할 수 있는 하이브리드 유연박막태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

30일 광주과학기술원(GIST)에 따르면 전기전자컴퓨터공학부 장재형 교수와 한국광기술원 정호중 박사 공동연구팀이 가시광과 적외선 태양광만을 사용하던 기존 CIGS 유연박막태양전지에 차세대 형광물질인 페로브스카이트를 적용해 자외선과 가시광, 적외선 태양광을 모두 전기에너지로 변환할 수 있는 하이브리드 유연박막태양전지 기술개발에 성공했다.

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GIST-광기술원, 하이브리드 유연박막태양전지 개발
차세대 하이브리드태양전지 양산화에 큰 역할 기대

[광주=뉴시스] 송창헌 기자 = 버려지는 자외선 영역까지도 전기에너지로 변환할 수 있는 하이브리드 유연박막태양전지 기술이 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 장재형 교수와 한국광기술원 정호중 박사 공동연구팀에 의해 처음으로 개발됐다. (사진=광주과학기술원 제공) 2019.12.30photo@newsis.com

[광주=뉴시스] 송창헌 기자 = 버려지는 자외선 영역까지도 전기에너지로 변환할 수 있는 하이브리드 유연박막태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

30일 광주과학기술원(GIST)에 따르면 전기전자컴퓨터공학부 장재형 교수와 한국광기술원 정호중 박사 공동연구팀이 가시광과 적외선 태양광만을 사용하던 기존 CIGS 유연박막태양전지에 차세대 형광물질인 페로브스카이트를 적용해 자외선과 가시광, 적외선 태양광을 모두 전기에너지로 변환할 수 있는 하이브리드 유연박막태양전지 기술개발에 성공했다.

CIGS 박막태양전지는 비 실리콘 태양전지 중에서도 에너지 변환효율이 가장 높으며, 가볍고 유연한 특성을 갖고 있어 차세대 태양전지로서 주목받고 있다. 차세대 형광물질인 페로브스카이트는 금속과 할로겐족(불소, 염소, 브롬, 요오드)이 결합된 반도체물질로, 자외선을 가시광으로 변환하는 발광특성을 갖고 있어 최근 LED, 디스플레이, 태양전지의 광소재로 널리 사용되고 있다.

CIGS 박막태양전지는 구리(Cu)와 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 4원소로 구성된 화합물은 광흡수계수가 실리콘에 비해 10배 이상 크고, 화학적으로 안정적이며 내구성도 높다. 이를 광흡수층으로 사용하면 태양전지 제조 시 적은 재료 소모와 간소화된 공정만으로도 높은 효율을 구현할 수 있다.

기존 CIGS 유연박막태양전지는 자외선 영역을 포함하는 짧은 파장대역(300~390 나노미터)의 태양광이 태양전지 상부의 투명전극에서 흡수돼 해당 파장대역의 태양에너지를 전기에너지로 변환하지 못하는 한계가 있다. 따라서 짧은 파장대역의 태양광을 효과적으로 활용할 수 있는 새로운 CIGS 유연박막태양전지 기술개발이 요구돼 왔다. 투명전극은 평판 디스플레이, 터치패널, 태양전지 등의 전극기판으로 널리 사용되고 있다.

연구팀은 자외선 영역의 빛을 흡수해 가시광 대역의 빛을 발광하는 나노 결정의 CsPbBr3 페로브스카이트 고효율 형광체 개발에 성공했으며, 이를 CIGS 태양전지의 투명전극층 위에 적용했다.

그 결과, 가시광과 적외선 영역 뿐만 아니라 자외선 영역까지 포함하는 광대역 태양광을 전기에너지로 변환할 수 있는 CIGS·페로브스카이트 하이브리드 유연박막태양전지를 개발했다.

기존 CIGS 박막태양전지 상부에서 발생하는 자외선 대역의 손실을 해결했을 뿐 아니라 페로브스카이트의 두께를 조절해 소자 표면에서의 반사를 최소화해 효율을 극대화하도록 설계했다.

장 교수는 "이번에 개발된 고효율 유연 태양전지는 건물일체형 태양전지, 전기자동차, 드론과 같은 다양한 분야에 응용 가능할 것"이라며 "기존 파장변환 형광체에 비해서 제작공정이 간단하며, 가격 경쟁력과 광변환 효율이 우수한 페로브스카이트 응용 연구는 차세대 하이브리드 태양전지 양산화에 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부(MOTIE)가 추진하는 한국에너지기술평가원(KETEP) 사업, 한국산업기술진흥원(KIAT)의 국제공동기술개발사업 및 한국전력의 전력산업 기초연구 연구개발 사업 지원으로 수행됐다.

연구논문은 최근 영국왕립학회가 발간하는 나노기술 분야 대표 국제 학술지인 나노스케일에 게재됐고, 표지논문으로 선정됐다.

☞공감언론 뉴시스 goodchang@newsis.com