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| △ 유전체 코팅으로 나노선 태양전지 효율 2배 향상. 유전체(질화규소) 껍질이 도입된 실리콘 나노선 태양전지 그림(왼쪽), 유전체 껍질 도입으로 실리콘 나노선 태양전지의 광전류가 ~80% 증가(가운데), 유전체 껍질 도입 전후로 광학 안테나 효과를 분석한 전자기학 계산 결과(오른쪽). |
유전체 코팅으로 나노선 태양전지 효율 2배 높여
경희대 김선경 교수 "나노선 태양전지 광 흡수율 저하 해결 기대"
(서울=연합뉴스) 이주영 = 국내 연구진이 저렴한 비용으로 실리콘 나노선(nano wire) 태양전지의 효율을 2배가량 높일 수 있는 유전체 코팅기술을 개발했다.
경희대 응용물리학과 김선경 교수는 2일 미국 채플힐 노스캐롤라이나대 제임스 카훈 교수와 함께 빛 흡수율이 낮은 게 단점인 나노선 태양전지 표면을 유전체로 코팅해 효율을 2배 정도 높이는 데 성공했다고 밝혔다.
이 연구결과는 나노분야 국제학술지 '나노레터스'(Nano Letters 1월 15일자)에 게재됐다.
나노선 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 부분에 실리콘 박막 대신 지름 200나노미터(㎚=10억분의 1ｍ), 길이 수십 마이크로미터(㎛)의 실리콘 나노선을 사용한 것이다.
나노선 태양전지는 빛을 자기 구조로 끌어들이는 광학안테나 효과와 빛을 구조 안에 가두는 효과가 있어 박막 태양전지보다 광 흡수율이 2배 이상 높지만 실 같은 형태이기 때문에 흡수 부피가 작아 전체적으로는 박막보다 광 흡수율이 크게 떨어진다.
연구진은 이 연구에서 나노선으로 두께 200㎚의 태양전지를 만들고 그 위에 유전체인 질화규소(Si₃N₄)를 플라스마 기상 증착 방식으로 50㎚ 두께로 코팅, 새로운 구조의 나노선 태양전지를 만들었다.
이 나노선 태양전지는 4%의 효율을 기록, 기존 나노선 태양전지들보다 효율이 2배가량 높은 것으로 나타났다.
연구진은 나노선 최외각의 유전체 층이 빛을 굴절시켜 나노선의 광 흡수율을 높인 것으로 보인다며 이 구조의 나노선 태양전지를 기존 박막 태양전지 두께로 만들면 효율을 이미 상용화된 제품 수준 이상으로 높일 수 있을 것이라고 설명했다.
김선경 교수는 "이 연구는 나노선 태양전지 소자의 단점인 낮은 광 흡수율을 저렴한 비용으로 2배가량 높인 것"이라며 "이는 기존 공정을 바꾸지 않는 기술로 나노선 물질의 품질 개선 등만 이뤄지면 즉시 적용도 가능하다"고 말했다.
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