양자점 태양전지, 중금속 독성 없애고 효율 높였다

KIST 고민재 박사 "무독성 고효율 양자점 태양전지 상용화 기대"

국내 연구진이 양자점(Quantum Dot) 태양전지에사용되는 지름 수나노미터(㎚=10억분의 1ｍ)의 양자점 제작에 중금속 대신 구리화합물을 사용해 독성을 없애고 효율도 높이는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 단장과 한국과학기술연구원(KIST)광전하이브리드연구센터 고민재 박사 연구팀은 22일 태양전지의 양자점을 구성하는중금속 나노입자를 무독성 구리-인듐-셀레늄(CISE) 화합물로 대체해 안전성과 광전환효율을 동시에 높였다고 밝혔다.

이 연구 결과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano,10월 2일자)에 게재됐다.

양자점 태양전지는 상용화된 실리콘 태양전지보다 생산단가가 낮고 빛을 잘 흡수하지만 효율을 높이려면 카드뮴이나 납 같은 중금속을 광흡수체로 써야 하기 때문에 상용화에는 한계가 있었다.

양자점은 크기에 따라 청색, 녹색, 적색 등 다양한 빛을 내 각종 디스플레이 소자나 조명, 태양전지 등에 쓰일 수 있다. 양자점 태양전지는 금속을 중심으로 만든양자점 나노입자를 광흡수체로 이용해 빛에너지를 전력으로 변환시킨다.

연구진은 태양빛을 흡수하는 역할을 하는 양자점의 중금속 나노입자를 무독성의CISe 화합물 나노입자로 대체해 중금속 독성을 없앴다. 두꺼운 이산화티타늄(TiO₂)에 친환경적인 CISe 나노층을 흡착시킨 다음 그 위에 황화아연(ZnS)을 코팅한 것이다.

연구진이 만든 양자점 태양전지는 광전환효율이 8.1%로 중금속 양자점 태양전지(약 10%)에 육박했으며 무독성 양자점 태양전지로는 최고 효율을 기록했다.

연구진은 전극표면에 기존 대비 2배 두께의 황화아연 막을 코팅, 효율 저하의주범인 전하 재결합을 80%까지 낮춰 독성은 없애면서 중금속과 비슷한 효율을 얻을수 있었다고 설명했다. .

고민재 박사는 "이 연구 성과는 양자점 태양전지는 물론 양자점을 이용한 다양한 광전기화학 기기 등에 응용될 수 있을 것"이라며 "무독성 고효율 양자점 태양전지 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>