금속나노입자의 플라즈모닉 효과를 이용해 차세대 태양전지인 유기박막태양전지의 효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
KAIST(총장 강성모) EEWS 대학원 이정용 교수 연구팀은 유기박막태양전지의 효율을 20% 증가시킬 수 있는 기술을 개발하고 플라즈모닉 현상으로 인한 효율 증가의 원인을 처음으로 규명했다고 29일 밝혔다.
이 교수가 주도하고 백세웅 박사과정 학생이 참여한 이번 연구 성과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’의 4월 25일자 온라인판에 게재됐다.
이 교수 연구팀의 연구 결과는 유기박막태양전지 제작 방법에 상관없이 추가로 효율을 20% 높일 수 있어 유기박막태양전지의 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 평가받고 있다.
유기박막태양전지는 고분자 유기물 기반으로 제작된 태양전지로 가볍고, 유연하며, 저렴한 비용으로 제작이 가능해 차세대 태양전지로써 각광받고 있다. 그러나 빛을 흡수할 수 있는 층이 수십 나노미터(nm) 수준으로 매우 얇아 낮은 광변환 효율을 나타내 상용화에 어려움을 겪고 있었다.
이 교수 연구팀은 기존 유기박막태양전지에 10~100nm로 다양한 크기의 금속나노입자를 적용, 유기박막태양전지의 광흡수율을 증가시킴으로써 광변환 효율이 6.4%에서 7.6%로 약 20% 향상되는 결과를 얻었다. 또 7.9% 태양전지는 8.6%로 향상된 결과를 나타냈다.
이 교수는 “금속나노입자의 플라즈모닉 산란 특성을 조절한 광공학 설계의 가능성을 확인했다”며 “저렴한 용액 공정으로 나노입자를 합성 및 적용했기 때문에 대면적 태양전지 모듈 제작에도 쉽게 적용이 가능하다”고 설명했다. 또한 “이번 연구로 밝혀낸 기술을 이용하면 유기박막태양전지의 상용화를 앞당기는 데 큰 기여를 할 수 있을 것”이라고 말했다.
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