KAIST는 에너지ㆍ물ㆍ환경ㆍ지속가능성(EEWS) 대학원 이정용 교수팀이 유기박막태양전지의 효율을 20% 높일 수 있는 기술을 개발하고 플라즈모닉 현상으로 인한 효율 증가의 원인을 처음으로 규명했다고 29일 밝혔다.

이 기술은 유기박막태양전지 제작 방법에 상관없이 추가로 효율을 20% 높일 수 있어 유기박막태양전지의 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

유기박막태양전지는 고분자 유기물 기반으로 제작된 태양전지로 가볍고, 유연하며, 저렴한 비용으로 제작이 가능해 차세대 태양전지로써 각광받고 있다. 하지만 빛을 흡수할 수 있는 층이 수십 나노미터(nm) 수준으로 매우 얇아 낮은 광변환 효율이 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다.

연구팀은 기존 유기박막태양전지에 10~100nm로 다양한 크기의 금속나노입자를 적용해 유기박막태양전지의 광흡수율을 증가시킴으로써 광변환 효율이 6.4%에서 7.6%로 약 20% 향상되는 결과를 얻었다.

연구팀은 유기박막태양전지에 도입된 금속나노입자의 플라즈모닉 빛 전방 산란 특성으로 인해 크기가 커질수록 효율이 증가하다가 약 70nm 크기에서 가장 큰 효율 향상을 보이는 것을 이론 및 실험적으로 증명했다.

이정용 교수는 “금속나노입자의 플라즈모닉 산란 특성을 조절한 광공학 설계의 가능성을 확인했다”며 “저렴한 용액 공정으로 나노입자를 합성 및 적용했기 때문에 대면적 태양전지 모듈 제작에도 쉽게 적용이 가능하다”고 말했다.

이번 연구 성과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’ 4월 25일자 온라인판에 게재됐다.