국내 연구팀, '양자점 태양전지' 제작 기술 개발

높은 안정성의 양자점 태양전지를 제작할 수 있는 기술이 개발됐다. 이를 통해 태양전지 기술의 경제성이 향상될 전망이다.

한국연구재단은 정소희 한국기계연구원 박사 연구팀이 공유결합성이라는 재료 특성으로 견고한 안정성을 갖는 III-V족 양자점 잉크와 박막 제작 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

양자점은 크기에 따라 흡수, 발광 파장이 조절되는 수 나노미터 크기의 반도체 결정이다. 양자점 태양전지는 기존 결정질 실리콘 태양전지의 효율 한계를 뛰어넘고 발전 단가를 낮출 수 있어 연구되고 있다.

하지만 현재 개발되고 있는 양자점 박막은 대기 중에서 전하 농도를 쉽게 잃는 불안정함이 상용화의 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 광학적, 전기적 특성이 뛰어나고 견고한 안정성이 기대되는 공유결합성 III-V 양자점 잉크와 박막을 제작, 이를 양자점 태양전지에 적용했다.

III-V족 양자점 박막은 22일이나 대기에 노출돼도 전하 농도가 보존되는 등 우수한 전기적 특성을 보였다.

에너지 준위 제어 가능한 인듐비소 양자점 표면 제어 과정 모식도. 합성 후 인듐비소 양자점은 긴 부도체 특성의 리간드와 전하 이동에 방해가 되는 금속산화물로 표면이 구성돼 있다. 이를 제거하기 위해 NOBF4를 이용해 표면을 벗겨낸 후 다양한 종류의 리간드로 다시 표면을 처리해 양자점의 전자 준위를 ~0.4전자레벨 범위로 제어하는데 성공했다.

연구팀은 III-V 양자점의 표면을 개질해 0.4전자볼트의 에너지 레벨을 조절했다. III-V족 양자점은 재료 자체의 공유결합성이 크기 때문에 표면을 제어하는 것이 난제였다. 연구팀은 표면을 벗기는 단계와 보호막을 씌우는 단계가 분리된 2단계 연속공정을 개발해 이를 해결했다.