뛰는 화합물 반도체 위에, 나는 페로브스카이트 반도체 적층

유연한 화합물 반도체 위에 가성비 좋은 페로브스카이트 적층, 태양전지 효율 높여

□ 실리콘 반도체의 약점을 극복하기 위해 유연한 화합물 반도체와 가성비 좋은 페로브스카이트 반도체가 만났다.

○ 태양빛을 흡수해 전기를 만드는 태양전지의 소재로 널리 쓰이는 실리콘 반도체. 태양광 발전으로 널리 활용되고 있지만 두껍고 딱딱해 용도가 한정되어 있었다.

□ 그 가운데 실리콘 반도체에 비해 효율이 높고 경량화와 유연화에 유리하지만, 제작비용이 비싸 활용에 제약이 있었던 화합물 반도체태양전지의 발전단가를 낮출 수 있는 경제적인 방법이 보고되었다.

□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 박희준(한양대학교)·이재진(아주대학교) 교수 연구팀이 갈륨과 비소로 만든 화합물 반도체(GaAs) 위에 페로브스카이트 반도체를 적층한 고효율 복층구조 탠덤 태양전지를 구현했다고 밝혔다.

○ 장파장 빛을 흡수하는 화합물 반도체 결정 위에 단파장의 빛을 흡수하는 페로브스카이트 박막을 적층, 보다 다양한 파장의 빛을 활용하도록 함으로써 전기에너지 변환효율을 높이는 방식이다.

□ 두껍고 딱딱한 실리콘 반도체와 달리 화합물 반도체는 얇은 박막 형태로 빛을 흡수할 수 있어 경량화와 유연화에 유리하다. 때문에 자동차, 무인비행기, 웨어러블 기기 및 IoT 센서 등의 동력원으로 주목받는다.

○ 하지만 화합물 반도체 제작에 높은 비용의 유기금속화학증착법이 이용되는 만큼 광변환효율을 높여 발전단가를 낮추는 것이 실용화의 관건이었다.

□ 기존에도 단파장 빛을 흡수하는 인듐-갈륨-인(InGaP) 태양전지를 갈륨-비소 화합물 태양전지 위에 적층하여 효율을 높이려는 시도는 있었다.

○ 하지만 인듐-갈륨-인 태양전지는 제작비용이 높고 복잡한 구조 때문에 오히려 발전단가를 상승시켰다.

□ 이에 연구팀은 저온 용액공정으로 손쉽게 제작할 수 있는 가성비 좋은 페로브스카이트 박막을 적층하는 방식으로 화합물 반도체 태양전지의 효용가치를 높이는 구조를 설계했다.

○ 실제 연구팀이 구현한 복층구조의 태양전지를 적용한 결과 갈륨-비소 태양전지의 성능을 15% 이상 끌어올릴 수 있었다.

□ 과학기술정보통신부, 교육부, 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업

(중견연구 및 기본연구 등) 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는, 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)에 12월 19일 게재되는 한편 표지논문으로 선정되었다.

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