[헤럴드경제=이정아 기자] 국내 연구팀이 나노선 태양전지에 저렴한 ‘유전체 코팅’ 기술을 도입해 효율을 2배 정도 높이는 기술을 개발했다. 나노물질을 이용한 태양전지의 문제점 중 하나인 광 흡수율 저하 현상을 해결하는 단초가 될 것으로 전망된다.

나노선은 길이 수 십 마이크론의 가느다란 실과 같다. 흡수 부피가 매우 작아 광 흡수율이 떨어진다는 의미다. 이는 그동안 나노선을 이용해 상용 태양전지를 개발하는 데 걸림돌이 됐다.

‘유전체 코팅’으로 태양전지 효율 2배↑

하지만 연구팀은 p형과 n형으로 도핑된 실리콘이 나노선 기둥의 내부와 외부를 형성하고 있는 PN 접합 다이오드를 합성했다.

또 비교적 저렴한 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용해 나노선의 최외각 부분을 균일한 두께의 유전체 층으로 도포해 유전체 층 도입 전보다 2배 정도 광 흡수율을 높였다. 광학 안테나 효과가 증대돼 외부에서 들어오는 빛이 얇은 두께의 나노선을 그대로 지나치지 않고 나노선 내부로 입사되는 비율이 증가시킨 것이다. 이는 같은 두께의 일반 박막 태양전지보다도 단위 부피당 광 흡수율이 2배 이상 우수하다.

이와 함께 연구팀은 광학 안테나 측정 결과를 통해, 코팅된 유전체의 굴절률이 증가하면 광학 안테나 효과도 증대된다는 사실을 확인했다. 이 결과를 바탕으로 높은 굴절률을 가진 질화규소(Si3N4, 굴절률 2.0)를 유전체 코팅에 사용하고 두께 50nm(나노미터)의 매우 얇은 유전체 껍질을 도입했다.

이번 연구에는 경희대 김선경 교수(제1저자)가 주도하고 미국 노스캐롤라이나 채플 힐 대학 제임스 카훈 교수와 고려대 박홍규 교수가 참여했다. 연구 결과는 과학기술 관련 학술지인 ‘나노레터’에 지난달 15일자에 실렸다.