▲ 신규 하이브리드 태양전지 개념도 및 작동 원리.

국내 연구진이 가시광선부터 적외선까지 태양광을 효과적으로 모아 전기로 바꿀수 있는 하이브리드 태양전지 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 이광희 교수 연구팀(광주과학기술원)이 전압을 높이고 가시광선에서부터 적외선까지 넓게 빛을 흡수할 수 있는 고효율의 신규 하이브리드 태양전지를 개발했다고 밝혔다.

우수한 전기적 특성으로 최근 가장 각광받고 있는 페로브스카이트는 흡광영역이 가시광선에 제한된다는 단점이 있어 세계의 연구진들이 적외선영역의 흡광영역을 가지는 새로운 페로브스카이트 물질을 개발하고 있지만 성능이 기대에 못 미치고 있다.

이에 연구진은 유기물 광활성층과 유·무기 복합 페로브스카이트 광활성층이 하나의 소자 안에 함께 결합해 기존의 흡광영역의 한계를 뛰어넘는 하이브리드 태양전지개발에 성공했다.

연구진은 가시광선의 흡광영역을 갖는 페로브스카이트 광활성층 위에 적외선 흡광영역을 갖는 유기 광활성층을 중간 계면 층의 도입 없이 적층해 가시광선에서부터 적외선 영역까지 넓은 흡광영역을 갖는 하이브리드 태양전지를 개발하였다.

특히 하이브리드 태양전지의 효율 손실을 최소화하기 위하여 유기 광활성층 내부에 높은 전하 이동도를 갖는 N형 고분자와 새로운 용매 첨가제를 함께 도입함으로써 전하 생성 효율 및 이동 특성을 최적화하였다. 현재까지 학계에 보고된 하이브리드 태양전지 중 가장 높은 효율인 16.4%를 나타냈다.

이번 연구결과는 자외선(7%),가시광선(44%),적외선(48%)로 구성되어 있는 태양빛을 더욱 효과적으로 사용하게 되어 하이브리드 태양전지가 차세대 박막형 태양전지의 효율 이론 한계치를 극복할 수 있게 됐다.

이광희 교수는 “이번 연구 성과는 페로브스카이트와 유기 광활성층을 결합하여 높은 개방 전압과 넓은 흡광 영역을 동시에 갖는 태양전지 개발을 최초로 보고한 것이다. 미래사회 에너지난을 해결하기 위한 태양에너지 기술을 한 단계 앞당길 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이번 연구결과는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 기후변화대응기술개발사업, 신산업창조프로젝트 사업의 지원을 받았으며 연구결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 4월 27일자에 게재되었다.