대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 에너지융합연구부 김대환·성시준 책임연구원 연구팀이 범용원소 셀렌화안티몬을 활용한 3차원 나노 구조 기반 고효율, 저비용 3차원 태양전지 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 친환경 고성능 태양전지 소자에 적용하는 등 다양한 분야로 활용이 가능할 것으로 기대된다.
범용원소 기반 화합물 반도체는 두 종류 이상의 원소로 구성된 반도체다. 손쉽게 구할 수 있고 널리 사용되는 소재를 기반으로 한 것이 특징이다. 매장량이 적어 무역 분쟁 대상인 희토류 및 희소금속과 자원의 대체재로 주목받고 있다. 이 가운데 3차원 나노 구조가 적용된 화합물 반도체 소재는 나노구조의 다양한 물리·화학적 특징을 활용할 수 있어 관심이 쏠린다.
연구팀은 셀렌화안티몬이라는 물질을 활용해 저렴하고 유연한 태양전지 기술을 개발했다. 이 물질은 범용원소로만 구성되어 있어 저렴하고, 증착 온도가 낮아 공정 비용도 낮으며 유연 기판에 형성 가능한 장점이 있다. 연구팀은 진공 증착 공정을 활용해 3차원 나노 구조를 갖는 셀렌화안티몬 화합물 기반 공정을 개발했다. 또 셀렌화안티몬 나노로드 어레이를 박막 태양전지 소자에 성공적으로 적용, 태양전지 기술로서의 가능성을 확인했다.
김대환·성시준 책임연구원은 “이번 연구에서 확보한 셀렌화안티몬 나노로드 어레이 증착 공정은 광전변환, 광화학 수소생산, 센서 등 나노구조 활용이 필요한 다양한 화합물 반도체 소자의 대면적화에 활용 가능하다”며 “향후 보다 정밀한 화합물 반도체 나노구조 제어 및 소자 응용으로 연구를 넓혀 나가고자 한다”고 밝혔다.
과학기술정보통신부가 지원한 차세대 에너지소재 원천기술 개발, 구조 및 광학 디자인 기반 한계 극복 초고효율 탠덤태양전지 과제로 수행된 이번 연구성과는 최근 재료 분야 저명 학술지인 '머티리얼즈 어드밴시스'에 게재됐다. 김대환·성시준 책임연구원이 교신저자, DGIST 박막태양전지연구센터 박시내 연구원과 경남대학교 김세윤 교수가 제 1저자로 참여했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
