국내 연구진에 의해 염료감응형 태양전지의 전력 생산 효율을 높일 수 있는 광결정구조가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 하이브리드재료연구센터 이현정 박사팀은 나노미터(㎚=10억분의1ｍ) 수준의 산화티타늄 입자를 활용해 특정 파장의 빛을 증폭시킬 수 있는 '역오팔구조'의 광결정물질을 만드는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 연구팀에 따르면 이 물질을 이용, 특정 파장의 빛을 선택적으로 증폭해 염료감응형 태양전지에 공급하면 전력생산 효율을 높일 수 있다.

이 연구결과는 고효율 광증폭형 태양전지의 가능성을 보여준 것으로 신소재분야 국제학술지 '첨단 기능성 재료(Advanced Functional Materials)' 최근호에 게재됐다.

연구팀에 따르면 광결정은 서로 다른 투명재료가 빛의 파장 정도의 공간적 주기성을 가지고 격자 형태의 구조를 이루고 있는 물질로, 이 같은 광결정 구조를 이용하면 특정 파장의 빛을 선택적으로 활용할 수 있다. 연구팀 측은 "이 광결정구조와 염료감응형 태양전지의 염료 흡수 영역이 일치하도록 소자를 만들면 광증폭 효과를 통해 태양전지의 효율을 높일 수 있다"고 설명했다.

이 박사팀은 고분자 입자를 배열하고 입자 간 공간을 효과적으로 채울 수 있는 나노미터 수준의 산화티타늄 입자를 활용해 조밀한 역오팔구조의 광결정을 만들었다. 또한 고분자 입자의 크기를 조절해 빛의 파장을 선택적으로 활용할 수 있는 가능성도 보였다.

역오팔구조란 구슬모양의 입자들을 배열한 다음 구슬 사이의 빈 공간에 모래를 채우고 구슬이 차지하던 공간을 없앨 때 만들어지는 구조를 말한다.

이번에 연구진이 개발한 광증폭형 태양전지는 효율이 3.5% 정도로 같은 구조를 이용한 기존의 태양전지보다 5배 이상 향상된 것으로 나타났다. 이 박사는 "이 결과는 앞으로 광감응제의 흡수 파장과 광결정구조의 크기를 같이 조절해 광감응제의 흡수를 증폭함으로써 태양전지의 효율을 최대화하는 데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 그는 또 "이 연구가 염료감응 태양전지뿐만 아니라 다양한 구조의 태양전지 기술에 접목될 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr
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