기계/재료

화둥이공대학교, 세계 최고 효율 8.21%의 양자점 감응형 태양전지 개발

발행일 : 2015 / 05 / 04

최근 화둥(華東)이공대학교 화학학원의 중신화(鐘新華) 연구팀은 양자점 감응형 태양전지(Quantum dot sensitized solar cell, QDSC)의 광전변환 효율을 기존의 6.82%에서 8.21%로 끌어 올렸다. 제3자 인증을 거친 관련 성과는 “Journal of the American Chemical Society”에 발표되었다.

고효율 저원가의 태양전지 개발은 화석에너지의 고갈과 기후변화 등 문제를 해결하는 효과적인 경로이다. 하지만 심각한 전하 재결합의 제약으로 인하여, 기존의 QDSC 변환효율 기록은 계속 6%~7% 수준에 머물러 있었다. 따라서 전하 재결합의 억제는 전지 효율을 향상시키는데 필수적 방법으로 된다. 연구팀은 밀도범함수 이론(Density Functional Theory)에 의한 계산을 통하여 황화아연(zinc sulfide) 및 황화아연/이산화규소를 각각 침전시킴에 따라서 이산화티타늄(titanium dioxide) 판층 구조의 가장 바깥쪽 원자층에서 차지하는 전자 상태 밀도 비율은 각각 1/10~1/100 낮아지며 전자 상태 밀도의 감소는 광양극 이산화티타늄 경계면의 전하 재결합 억제와 대응된다는 것을 발견하였다.

연구팀은 서브피코초(subpicosecond) 해상도 테라헤르츠(terahertz) 스펙트럼으로 상술한 이론 계산 예측 결과를 입증하였다. 임피던스 스펙트럼 테스트 결과도 황화아연, 이산화규소 와이드 밴드갭(Wide bandgap) 물질의 코팅은 복합 임피던스 값 및 전자 확산 거리를 대폭 향상시키며, 이로써 재결합을 효과적으로 억제할 수 있다는 것을 입증하였다. 광전 테스트에 의하면, 양자점 감응의 이산화티타늄 광양극(photoanode)막에서 순서대로 황화아연, 이산화규소를 침전시켜 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)의 QDSC 개방전압(open-circuit voltage)을 뚜렷하게 향상시킬 수 있다.