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까맣던 태양전지, 무지개색 입는다

미국 미시간대, 이재용-이규태-서성용 연구원..태양전지 두께 최소화

입력 2014-02-28 17:56 | 수정 2014-03-06 13:59

▲ 연구팀이 태양 전지 기술을 활용해 미국 국기를 만들었다. 투명한 부분과 빨간색, 파란색 등 검은색이 아닌 다양한 색깔을 보여주고 있다. ⓒ 연구팀 제공

검은색 일색인 태양전지가 무지개색을 입는다.
태양전지에 원하는 색을 입히는 기술이 한국 과학자들이 참여한 연구팀에 의해 개발됐다.

미국 미시간대학교 이재용, 이규태, 서성용 연구원은 지도교수인 제이 구오(L. Jay Guo) 교수와 함께 투명하면서도 다양한 색과 패턴을 갖는 태양전지를 주제로 한 논문을 세계적인 과학학술저널 네이쳐지의 자매지인 <사이언티픽 리포트>에 지난달 28일 발표했다고 5일 밝혔다.

이로써 검은색 일색으로 오로지 건물 '옥상'에만 숨어있어야 했던 태양전지가 이제 건물 내·외벽 등에 자유로운 외출을 시도할 수 있게 됐다.

검은색 태양전지에 다양한 색을 입히는 원리는 간단
실리콘층에서 일어나는 공진현상을 이용해 원하는 파장의 빛만 투과시키는 것이다.
예를 들어 실리콘 층의 두께를 얇게 하면 파란색이, 두껍게 하면 빨간색이 되는 것이다.

태양전지는 반도체를 이용해 태양빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 전지다.
태양 입자가 실리콘 태양전지에 흡수되면 전자(electron)와 전공(hole)이 발생하는데, 빛이 실리콘에 닿으면 전자가 튀어나와 N형으로 향하고 이때 N형에서 P형으로 전류가 흐른다.

기존 태양전지는 반도체의 PN 접합을 사용한 실리콘 태양전지가 주로 사용됐지만 연구팀은 여기에서 'PN 도핑층'을 완전히 제거했다. P도핑층 대신 전공 전도도가 좋은 무기 물질층을 사용했고, N도핑층 대신 전자 전도도가 뛰어난 유기 물질층을 적용한 것이다.

전공과 전자를 선택적으로 양쪽 전극으로 효율적으로 빼낼 수 있어 연구팀은 이를 '하이브리드형'이라고 이름을 붙였다. 이재용 연구원은 "태양에너지로 생성된 전기 입자들의 손실을 거의 완벽하게 제거하고 모두 전기에너지로 변환할 수 있다"고 설명했다.

이를 통해 연구팀은 태양전지의 두께를 6나노미터(㎚, 10억분의 1m)로 줄였다.
기존에 쓰이던 것(300나노미터)보다 1/50로 얇아진 것으로 세계 최초다.

연구팀은 "대면적 디스플레이를 제작하는 장비를 이용할 수 있다면 바로 LCD TV 크기의 태양전지를 만들 수 있다""기업들과 함께 협력한다면 1년 내에 대면적 하이브리드형 제품이 나올 것"이라고 내다봤다.



※ Transparent color solar cells fuse energy, beauty

☞ http://eecs.umich.edu/eecs/about/articles/2014/guo-transparent-color-solar-cells-fuse-energy-beauty.html

△ (왼쪽부터) 이재용, 이규태, 서성용 연구원 ⓒ 연구팀 제공 

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