[데일리비즈온 김소윤 기자] 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

키스트는  28일 키스트 수소‧연료전지 연구단 김진영‧김동훈 박사팀과 카이스트 신소재공학과 정연식 교수팀의 공동연구 결과 퀸텀닷 태양전지의 효율을 기존 대비 47% 상승시켜 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다.

생산비용이 저렴하고 안전성이 높은 퀸텀닷 태양전지는 기존 상용화된 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 주목받는다. 다만 퀸텀닷 에너지는 에너지 전환 효율이 좋지 못하다는 어려움이 있었다.

이와 관련 퀸텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양 전지 내부에 전류가 흐르게 하는 핵심이다. ‘정공수송층’에선 빛을 흡수해 전기 에너지를 생성하는 과정에서 상당한 전류 손실이 발생한다. 이번 성능 향상의 핵심은 이를 최소화하는 것이다.

전세계 학계에선 이에 착안해 새로운 ‘정공수송층’ 재료 개발을 시도했으나 소재 내부에 전류 흐름을 방해하는 ‘쌍극자’가 발생돼 번번이 실패하는 실정이었다.

이에 착안한 연구팀은 ‘쌍극자’ 제거를 위해 원자 단위 조절이 가능한 양자역학 이론을 활용했다. 이 결과 이중 층 구조의 새로운 물질을 개발했다. 이를 통해 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 이 새로운 소재가 앞으로 학계‧산업계에서 상용화될 것으로 기대하고 있다. 또 이 연구를 기반으로 누설전류를 더 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 반복되면 경쟁 소재인 실리콘이나 페로브스카이트 태양전자를 능가할 것이라고 전망했다.

키스트 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 과학기술정보통신부 지원으로 이루어진 이번 연구는 키스트 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행됐다. 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’(관련 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재됐다.