'슈퍼 태양전지' 청신호..UNIST 내구성·효율 잡는 필름 개발

기사내용 요약
최경진 교수팀, ·미국 피츠버그대 공동 연구
탠덤전지에 닿는 자외선 막고 가시광선 흡수 늘려

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = UNIST(울산과학기술원)는 신소재공학과 최경진 교수 연구팀이 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단하고, 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다고 17일 밝혔다. 개발한 다가능성 반사반지막과 탠덤 태양전지의 구조. 2022.07.17. (사진=UNIST 제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식의 ‘1+1 탠덤 전지’는 2~3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다. 효율, 가격경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 ‘슈퍼 태양전지’라고도 불린다. 이 전지의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 필름이 개발돼 상용화에 청신호가 켜졌다.

UNIST(울산과학기술원)는 신소재공학과 최경진 교수 연구팀이 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단하고, 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다고 17일 밝혔다. 유해 자외선이 차단돼 전지 수명은 늘고, 유효 파장 대역인 가시광선의 흡수는 늘어 태양전지가 전기를 만드는 효율이 올라간다.

이번 연구는 미국 피츠버그 대학교 이중건 교수팀과 함께했으며, UNIST 김찬울 신소재공학부 박사 후 연구원과 피츠버그대학교 이성하 기계·재료공학부 박사 후 연구원이 제1 저자로 참여했다.

연구팀이 개발한 다기능성 필름은 탠덤 전지 맨 위에 올려 쓸 수 있는 형태다. 자외선을 흡수해 차단하는 형광체 입자와 가시광선 흡수를 늘리는 실리카 입자가 함께 들어있다. 특히 형광체 입자는 자신이 흡수한 자외선을 다시 가시광선으로 바꿔내는 역할도 해서 전지 효율을 추가로 높이고, 전지를 초록색으로 보이게 해 미관을 개선할 수 있다.

이 반사 방지 필름의 효과는 실험으로도 확인됐다. 기존 반사 방지 필름을 쓴 탠덤 태양전지의 효율은 5시간 후 초기 효율의 90%로 수준으로 떨어지다가 20시간 후에는 50% 수준으로 급격하게 줄어든 반면 개발한 필름을 쓴 경우 120시간이 지나도 초기 효율의 91% 이상을 유지했다. 또 초기 효율 자체도 기존 대비 약 4.5% 증가했다.

공동 연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 실리카 나노 입자의 작동 원리도 밝혀냈다. 실리카 나노 입자가 만드는 전방 산란 효과가 형광체 입자의 후방 산란 효과를 상쇄해 가시광선 손실 줄이는 것으로 드러났다. 후방 산란은 빛을 손실시켜 전지가 흡수하는 빛의 양을 줄이는 요인이다.

[울산=뉴시스] UNIST 최경진 교수, 김찬울 연구원(제1저자), 노영임 연구원(오른쪽부터) *재판매 및 DB 금지

연구팀은 “표면에 요철을 만들어 태양 빛 반사를 줄이는 기존 방식과 달리 반사 방지 필름 안에 첨가하는 물질로 유효 파장 대역 흡수 성능을 높인 신기술”이라며 “자외선도 차단할 수 있어 탠덤 전지 상용화뿐만 아니라, 자외선에 약한 유기 태양전지, 유기물 다이오드와 같은 분야에도 응용할 수 있을 것”이라고 내다봤다.

연구결과는 기능성 소재분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’(Advanced Functional Materials)에 6월 24일 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

연구 수행은 한국에너지기술평가원의 알키미스트 프로젝트 사업인 ‘35% 슈퍼 태양전지 개발’ 사업의 지원으로 이뤄졌다.

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