광주과기원·가천대 연구팀, 가시광 흡수할 수 있는 강유전체 개발
국내 연구진이 태양광의 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역까지 흡수할 수 있는 차세대 태양전지 소재를 개발했다.
한국연구재단은 광주과학기술원 이상한 교수와 가천대학교 박정웅 교수 공동연구팀이 강유전체 재료에 전이원소인 철과 코발트를 첨가하는 방법으로 태양광 흡수율을 대폭 높였다고 20일 밝혔다.
강유전체는 외부 전기장 없이도 전자와 전극이 스스로 분극할 수 있는 광전환물질로, 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다.
전이원소는 산소와 쉽게 반응해 산화물이 될 수 있고, 쉽게 합금을 만들 수 있는 소재이다.
강유전체는 실리콘을 대체할 차세대 태양전지 재료로 주목받고 있지만, 빛 에너지에 반응할 수 있는 밴드갭(band gap, 에너지 차이)이 커 가시광 영역의 빛을 흡수하기 어렵다는 한계가 있다.
이를 태양전지에 적용하려면 전이원소를 첨가해 밴드갭을 조정해야 한다.
연구팀은 비스무스(Bi)계 강유전체에 철과 코발트를 첨가해 밴드갭을 31%까지줄이고, 광전밀도(단위면적 당 전류 값)를 기존 강유전체에 비해 25배 이상 높이는데 성공했다.
연구팀이 개발한 강유전체는 기존 자외선 영역의 빛만을 흡수하는 강유전체의흡광 영역을 가시광까지 넓히면서도 뛰어난 자발분극 특성을 그대로 유지하는 것으로 나타났다.
기존 물질을 여러 겹 겹쳐 올린 '초격자 구조'를 사용하지 않고도 전이원소를간단히 첨가한 뒤 박막을 쌓는 방법을 사용해 공정을 간소화했다.
이상한 교수는 "앞으로 강유전체 태양전지 등 차세대 광소자를 구현하는 연구에기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
이번 연구결과는 권위 있는 과학 학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports) 지난 17일자에 실렸다.
jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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