튜브형 나노구조체…태양빛 완벽히 가둔다

빛 대부분 흡수, 하이브리드 태양전지 성능 향상 기대

▲하이브리드 태양전지 효율 비교를 위한 다양한 형태의 실리콘 나노구조.[사진제공=GIST]

[아시아경제 정종오 기자]태양 빛을 완벽히 가두는 튜브형 실리콘 나노 구조체가 개발됐다. 국내 연구팀은 튜브 형태의 실리콘은 낮은 종횡비에서도 빛의 흡수 면적을 급진적으로 늘릴 수 있는 구조라는 점을 파악했다. 여기에 나노임프린팅(nanoimprinting) 패턴 형성 기술을 응용해 유기 고분자가 균일하게 코팅 될 수 있는 정렬된 실리콘 나노 튜브 구조를 개발했다.

기존 하이브리드 태양전지에 사용되는 실리콘 나노막대와 나노콘과 비교해 나노튜브 구조가 빛을 가두는 능력이 특정 사이즈에서 월등히 좋다는 점을 발견했다. 이 나노튜브로 하이브리드 태양전지를 제작하면 기존의 나노막대, 나노콘 형태의 하이브리드 태양전지보다 최대 13% 개선된 광전(光電) 변화율을 나타냄을 알 수 있었다.

이번 연구는 실리콘의 빛 흡수율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 나노 구조체를 만들었다는 점에서 눈길을 끈다. 태양전지 뿐 아니라 실리콘 기반의 다른 광전소자의 효율을 향상시킬 방법을 보여주고 있다.

하이브리드 태양전지(유·무기 복합 태양전지)는 기존 무기물 기반의 p-n 접합을 사용하지 않고 유기물과 무기물의 접합을 이용해 제작한 태양전지를 말한다. 실리콘과 같은 무기물 위에 전도성 고분자를 얇게 코팅해 제작하므로 고온과정이 생략돼 공정 가격을 낮추는 장점이 있다.

이번 연구는 지스트(GIST, 광주과학기술원) 신소재공학부 정건영 교수(교신저자)가 주도하고 정희수 박사과정생(제1저자)이 수행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터사업(NCRC)과 미래융합 파이오니어사업을 통해 수행됐다. 재료과학 분야의 저명한 국제학술지인 어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials) 6월 최신호 표지논문(Back-Inside Cover Article, 논문명: Enhanced Light Absorption of Silicon Nanotubes array for Organic/Inorganic Hybrid Solar Cells)으로 실렸다.

정건영 교수는 "이번 연구는 빛을 100% 가까이 이용 할 수 있는 무기 나노 구조체 발견에 의미가 있다"며 "앞으로 공정 단가를 줄이고 효율이 높은 하이브리드 태양전지 상용화를 앞당기는 데 노력할 것"이라고 말했다.