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  • 기사등록 2017-07-26 13:39:31
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▲ (左부터) 투명전극(ZnO:Al/i-ZnO)과 반사방지막(MgF2)층 사이에 양자점(Quantum dot)이 적용된 CIGS 박막태양전지 구조도와 양자점이 적용된 CIGS 태양전지(빨간색)와 양자점이 없는 CIGS 태양전지(검정색)의 외부양자효율 비교 그래프. .

국내연구진이 자외선부터 가시광, 적외선까지 태양광의 모든 영역을 전기에너지로 변환할 수 있는 광대역 고효율 박막태양전지 기술 개발에 성공했다.

GIST(광주과학기술원, 총장 문승현)는 장재형 차세대에너지연구소 소장(전기전자컴퓨터공학부 교수)과 윤주형 인천대학교 교수 공동 연구팀이 양자점을 이용한 광대역 CIGS 박막태양전지 기술개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

CIGS 박막태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄으로 구성된 화합물 반도체를 태양광 흡수층으로 사용하는 박막태양전지로 저가형 고효율 태양전지 개발에 적합해 태양광발전소 뿐만 아니라 휴대용 경량 태양전지로 활용이 가능하다.

하지만 기존의 CIGS 박막태양전지는 자외선 영역을 포함하는 짧은 파장대역(300~520nm)의 태양빛이 태양전지 상부의 투명전극과 버퍼층에서 흡수돼, 본 파장대역의 태양에너지를 전기에너지로 변환하지 못하는 한계가 있다.

이에 연구팀은 짧은 파장 대역의 빛을 대부분 흡수해 가시광 대역의 빛을 발광하는 양자점 개발에 성공했다. 또한 이를 CIGS 태양전지의 반사방지막과 투명전극 층 사이에 적용해 가시광 및 적외선, 자외선 영역까지 태양광을 전기에너지로 변환할 수 있는 광대역 CIGS 박막태양전지를 실현했다.

연구진은 기존의 기존 CIGS 박막태양전지 상부에서 발생하는 짧은 파장대역의 손실을 해결하였을 뿐만 아니라, 양자점과 반사방지막의 결합을 통하여 양자점의 발광 손실 및 표면반사 손실을 최소화해 광대역 고효율 CIGS 박막태양전지를 실현하였다.

또한 기존의 양자점을 이용한 태양전지 기술개발은 실리콘 태양전지와 3족-5족 화합물 반도체 태양전지를 이용한 연구가 주를 이루었지만 이번 연구결과를 통해 다양한 후보군의 태양전지 활용 가능성을 보여주었다.

한편, 이번 연구성과는 GIST 차세대 에너지연구소 장재형 소장(교신저자)과 인천대학교 윤주형 교수(공동교신저자)가 주도하고, 정호중(제 1저자) GIST 박사과정생이 수행했으며 7월 11일 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재됐다.

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