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[사이언스] 뛰는 화합물 반도체 위에, 나는 페로브스카이트 반도체 적층

유연한 화합물 반도체 위에 가성비 좋은 페로브스카이트 적층, 태양전지 효율 높여

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특허뉴스 이성용 기자
기사입력 2020/01/20 [10:29]

실리콘 반도체의 약점을 극복하기 위해 유연한 화합물 반도체와 가성비 좋은 페로브스카이트 반도체가 만났다.

 

태양빛을 흡수해 전기를 만드는 태양전지의 소재로 널리 쓰이는 실리콘 반도체. 태양광 발전으로 널리 활용되고 있지만 두껍고 딱딱해 용도가 한정되어 있었다.

 

그 가운데 실리콘 반도체에 비해 효율이 높고 경량화와 유연화에 유리하지만, 제작비용이 비싸 활용에 제약이 있었던 화합물 반도체태양전지의 발전단가를 낮출 수 있는 경제적인 방법이 보고되었다.

 

한국연구재단은 한양대학교 박희준·아주대학교 이재진 교수 연구팀이 갈륨과 비소로 만든 화합물 반도체(GaAs) 위에 페로브스카이트 반도체를 적층한 고효율 복층구조 탠덤 태양전지를 구현했다고 밝혔다.

 

장파장 빛을 흡수하는 화합물 반도체 결정 위에 단파장의 빛을 흡수하는 페로브스카이트 박막을 적층, 보다 다양한 파장의 빛을 활용하도록 함으로써 전기에너지 변환효율을 높이는 방식이다.

 

두껍고 딱딱한 실리콘 반도체와 달리 화합물 반도체는 얇은 박막 형태로 빛을 흡수할 수 있어 경량화와 유연화에 유리하다. 때문에 자동차, 무인비행기, 웨어러블 기기 및 IoT 센서 등의 동력원으로 주목받는다.

 

하지만 화합물 반도체 제작에 높은 비용의 유기금속화학증착법이 이용되는 만큼 광변환효율을 높여 발전단가를 낮추는 것이 실용화의 관건이었다.

 

기존에도 단파장 빛을 흡수하는 인듐-갈륨-(InGaP) 태양전지를 갈륨-비소 화합물 태양전지 위에 적층하여 효율을 높이려는 시도는 있었다. 하지만 인듐-갈륨-인 태양전지는 제작비용이 높고 복잡한 구조 때문에 오히려 발전단가를 상승시켰다.

 

이에 연구팀은 저온 용액공정으로 손쉽게 제작할 수 있는 가성비 좋은 페로브스카이트 박막을 적층하는 방식으로 화합물 반도체 태양전지의 효용가치를 높이는 구조를 설계했다. 실제 연구팀이 구현한 복층구조의 태양전지를 적용한 결과 갈륨-비소 태양전지의 성능을 15% 이상 끌어올릴 수 있었다.

 

이번 연구의 성과는, 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)1219일 게재되는 한편 표지논문으로 선정되었다.

 

▲ 페로브스카이트/갈륨-비소 탠덤 구조 태양전지 모식도  © 특허뉴스



 

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