KIMS 해외단신 79호 (2011.06.24)

일본 동북대, 실리콘으로 에너지변환효율 45% 이상 태양전지 제조 기술 개발

    아사히 일간공업신문뉴스는 6월 21일자 기사에서 일본 동북대학교 연구팀이 실리콘으로 에너지변환효율이 45%이상인 태양전지를 만드는 기술을 개발했다고 밝혔다.

    다음은 관련기사에서 발췌, 번역한 내용이다.

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    다른 클린에너지 기술에 비해 수소 저장기술이 뒤쳐진 것은 수소가 안전하고, 조밀하게 저장되어야 하며 그 접근성 또한 좋아야 하기 때문이다. 지금까지 연구원들은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 수소를 고형물에 가두고 반응이 잘 일어나지 않도록 적은 부피에 담았다. 하지만 고형물의 대부분은 적은 양의 수소만을 흡수할 수 있고 에너지 효율을 높이려면 극단적으로 열을 가하거나 극단적으로 열을 식혀주어야 한다.

    동북대학 유체과학연구소 연구팀은 실리콘을 사용해 에너지변환효율이 45%이상이 되는 차세대태양전지를 만드는 기술을 개발했다. 이 전지는 ‘양자도트형’이라고 불리는 미세한 결정이 내부에 늘어서는 태양전지로 현재 실용화되어 있는 박막실리콘 태양전지와 같은 재료를 사용하면서 변환효율은 박막 실리콘의 이론상 한계치인 30%를 넘는다. 종래 실리콘은 균일한 양자도트의 제작이 어려워 재료비용이 실리콘의 10배 이상인 화합물반도체를 사용하는 연구개발이 주류였다. 연구팀은 구조를 만드는 단백질을 이용해 단백질에 철의 미립자를 포함시켜 규칙이 바른 구조를 만든다. 단백질을 제거해 남은 철이 등간격에 늘어서는 플레이트를 틀로 실리콘 기판위에 원반형의 양자도트를 형성하는 방법을 개발했다. 구형인 일반 양자도트와 비교해 원반형태는 두께를 조절하기 쉽다는 이점이 있다. 이번에 특히 직경 10나노미터(나노는 10억분의1) 이하의 고밀도 실리콘 양자도트와 중간층으로 탄화규소를 결합했을 경우에 양자도트 태양전지의 고효율화에 빼놓을 수 없는 ‘미니밴드’라고 불리는 부분이 만들어진다는 것을 처음으로 확인했다. 인공 결정구조인 초격자구조가 만들어져 디바이스의 특성이 잘 나타나는 형태로 제어가 가능하다고 한다. 결함이 없다는 점을 나타내는 실리콘의 발광현상도 확인했다. 양자도트 태양전지는 일반적으로 에너지 변환효율이 45~60%까지 가능하다고 여겨지며 2020년 이후 실용화가 예상되는 차세대 태양전지의 유력한 후보로 여겨진다. 화합물반도체의 양자도트 태양전지는 고효율화가 기대되지만 실리콘에 비교해 재료비용이 높다. 반면 실리콘은 양자도트를 균일하게 만드는 것이 어려웠다. 연구팀은 1,2년 후 태양전지의 시험제작을 계획하고 있다. 이번 연구성과는 미국 시애틀에서 열리는 태양전지 분야 세계 최대 국제회의인 PSC에서 23일 발표된다.

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