은빛 태양전지 올까..'고안정성·고효율' 학계에 보고

한양대 방진호 교수팀 "은 나노입자 응용 가능성 확보"

은 나노클러스터 구현 모식도와 성능 비교 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 한양대 방진호 교수 연구팀이 미국 노틀담대·덕성여대와의 공동 연구를 통해 은 나노입자를 이용한 태양전지 응용 가능성을 확인했다고 3일 밝혔다.

은 입자는 무독성에 친환경적 성질을 지니고 있다. 빛을 잘 흡수하는 소재이기도 하다.

학계에선 은을 광 흡수체로 쓰는 태양전지 연구 개발에 관심을 보인다.

기술적 한계는 있다.

금 나노입자 태양전지 시스템과는 달리 화학적 안정성이 낮고 들뜬(여기) 상태 수명(excited state lifetime)이 몹시 짧다.

들뜬 상태에서 안정된 상태(바닥)로 돌아갈 때 에너지를 방출하는데, 그 수명이 어느 정도 유지돼야 전지 효율을 높일 수 있다.

걸림돌 극복을 위해 연구팀은 은 나노입자 표면에서 은·황 복합체가 응집하도록 유도하는 합성법을 개발했다.

이를 통해 태양전지 광 전환 효율을 2배 끌어올리고, 안정적으로 구동되는 시간을 수십 배 향상했다.

세 가지 크기의 은 나노클러스터를 이용한 태양전지 성능 평가 결과. 광전극 흡광 스펙트럼(A), 전류·전압 곡선(B), 안정성 평가 결과(C), 태양전지 성능 평가 인자 도표(D). [한국연구재단 제공=연합뉴스]

학술적으로는 은·싸이올레이트 콤플렉스 표면 응집을 통해 은 나노 클러스터 안정성을 높였다.

아울러 리간드·메탈 전하 전이 현상을 촉진해 여기 전자 수명을 늘렸다.

리간드·메탈 전하 전이 현상은 표면에 있는 리간드(중심원자에 결합한 이온이나 분자)로부터 내부 금속 중심으로 전자가 옮아가는 현상이다.

쉽게 풀면 은 나노입자를 복합체에 둘러싸이도록 해 안정성을 잡았고, 은 나노입자 표면에서 중심부를 향한 전자 이동을 용이하게 해 여기 전자 수명을 좋게 했다.

연구팀은 아울러 '용액 농도(pH) 변화에 따라 은·싸이올레이트 콤플렉스 응집을 제어할 수 있다'는 새로운 사실도 규명했다.

한양대 방진호 교수 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

방진호 교수는 "금에 이어 은 나노 클러스터 태양전지 응용 가능성을 확보한 것"이라며 "무독성 친환경 태양전지라는 새로운 개념의 태양광 전환 시스템 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·교육부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 이날 국제 학술지 'ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스'(ACS Applied Materials ＆ Interfaces) 표지에 실렸다.

walden@yna.co.kr

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