금속나노 입자의 플라즈모닉 현상을 이용해 유기박막태양전지의 효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다. KAIST는 EEWS대학원 이정용 교수 연구팀이 제작 방법에 상관없이 유기박막태양전지의 효율을 20% 증가시킬 수 있는 기술을 개발하고, 플라즈모닉 현상으로 인한 효율 증가 원인을 처음으로 구명했다고 29일 밝혔다.
기술 개발로 유기박막태양전지의 상용화가 크게 앞당겨질 것으로 기대된다. 이 교수팀은 기존 유기박막태양전지에 10~100㎚로 다양한 크기의 금속나노 입자를 적용해 광흡수율을 증가시킴으로써 광변환 효율을 6.4%에서 7.6%로 약 20% 이상 향상되는 결과를 얻었다.
유기박막태양전지는 고분자 유기물 기반으로 제작된 태양전지로 가볍고 유연하며 저렴한 비용으로 제작이 가능해 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 그러나 빛을 흡수할 수 있는 층이 ㎚수준으로 매우 얇아 광변환 효율이 낮고, 상용화도 어려운 실정이었다. 연구팀은 연구과정에서 유기박막태양전지에 도입된 금속나노 입자의 플라즈모닉 현상으로 인해 크기가 커질수록 효율이 증가하다 약 70㎚ 크기에서 가장 큰 효율 향상을 보이는 것을 이론 및 실험으로 증명했다.
플라즈모닉 현상은 빛이 금속나노입자를 지날 때 금속 나노입자가 빛을 흡수함과 동시에 강하게 산란하는 현상으로 금속나노 입자의 크기, 모양, 주위 환경 조작으로 광학적 특성을 바꿀 수 있다.
이정용 교수는 “금속나노 입자의 플라즈모닉 효과를 통해 광공학 설계의 가능성을 확인했다”며 “저렴한 용액 공정으로 나노입자를 합성, 적용했기 때문에 대면적 태양전지 모듈 제작에도 쉽게 적용할 수 있다”고 말했다.
이번 연구성과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 `사이언티픽 리포트` 4월 25일자 온라인판에 게재됐다.
대전=신선미기자 smshin@etnews.com