연합뉴스 기사입력 2015-10-22 12:00

 

 

구리-인듐-셀레늄(CISe) 화합물 나노입자를 이용한 양자점 태양전지. (왼쪽) 균일한 크기로 합성된 CISe 화합물 나노입자 양자점의 전자현미경 사진. (오른쪽) CISe 화합물 양자점(갈색 원)과 이산화티타늄(흰색)이 황화아연(녹색 띠)으로 코팅된 양자점 태양전지 광전극의 모식도.

KIST 고민재 박사 "무독성 고효율 양자점 태양전지 상용화 기대"

 

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 양자점(Quantum Dot) 태양전지에 사용되는 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 구성하는 중금속 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 만든 양자점 나노입자를 광흡수체로 이용해 빛에너지를 전력으로 변환시킨다.

 

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 단장(왼쪽)과 한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 고민재 박사

연구진은 태양빛을 흡수하는 역할을 하는 양자점의 중금속 나노입자를 무독성의 CISe 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 저하의 주범인 전하 재결합을 80%까지 낮춰 독성은 없애면서 중금속과 비슷한 효율을 얻을 수 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.