가장 유망한 신흥 태양전지 기술 중 하나는 효율성이 크게 향상되었습니다. UNIST 연구진이 효율 18.1%로 세계 신기록을 수립한 양자점 태양전지를 개발했다. 양자점은 본질적으로 놀라운 효율성으로 빛을 흡수하고 방출하는 작고 둥근 반도체 결정입니다. 퀀텀닷의 크기를 변경하면 퀀텀닷과 상호작용하는 빛의 색상을 설정할 수 있어 디스플레이 기술이나 센서에 유용하게 사용될 수 있습니다.
그러나 궁극적으로 태양전지에서 가장 큰 용도를 찾을 수 있습니다. 대부분의 상업용 태양전지는 벌크 재료를 집광층으로 사용하는데, 이는 전체 표면이 동일한 파장을 흡수한다는 것을 의미합니다. 그러나 퀀텀닷은 스펙트럼의 다양한 부분에 초점을 맞춰 다양한 크기로 제공되어 잠재적 효율성을 높일 수 있습니다. 또한, 퀀텀닷은 저렴하고 제조가 쉬우며 스프레이 솔루션으로도 만들 수 있습니다.
이번 연구에서 울산과학기술원(UNIST) 연구진은 기술 개선을 위해 레시피를 일부 조정했다. 이론적으로는 유기재료로 만든 양자점 태양전지가 가장 효율적이지만, 안타깝게도 햇빛과 기상 조건에 안정성이 떨어지는 단점이 있어 하루 종일 햇빛에 노출되도록 설계된 장치에는 적합하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 이러한 태양전지를 무기재료로 교체하는 경우가 많지만 이로 인해 효율성도 제한됩니다.
UNIST 연구팀은 유기과산화물을 이용해 양자점을 만들고, 양자점을 기판에 고정시켜 서로 가깝게 움직일 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이로써 효율성은 2020년 16.6%에서 18.1%로 증가했습니다. 이 기록은 미국 국립재생에너지연구소(NREL)에서 독립적으로 인정한 것입니다.
더욱이 새로운 태양전지는 훨씬 더 안정적이다. 정상적인 조건에서는 1,200시간 동안 최대 출력을 유지할 수 있으며, 80°C(176°F)의 고온에서는 300시간 동안 효율성을 유지할 수 있습니다. 2년 동안 보관한 후에도 동일한 성능을 보였습니다.
양자점 태양전지가 매일 사용되는 실리콘 태양전지를 따라잡기까지는 아직 갈 길이 멀다. 이에 대한 연구개발은 반세기 앞서 진행돼 이론상 최대 효율에 빠르게 접근하고 있다. 동시에 퀀텀닷은 2010년쯤에야 실제로 실험실에 들어섰고 당시 효율성은 4% 미만이었습니다. 효율성을 향상시키는 동시에 저렴하고 간단한 제조 공정은 기술을 확장하여 더 넓은 범위의 광전지 표면을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
이번 연구는 네이처 에너지(Nature Energy) 저널에 게재됐다.