태양전지용 안정적인 양자점 박막 제작기술 개발
태양전지용 안정적인 양자점 박막 제작기술 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2018.10.21 12:00
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정소희 한국기계연구원 박사 연구팀
합성 후 인듐비소(InAs) 양자점은 긴 부도체 특성의 리간드와 전하 이동에 방해가 되는 금속산화물로 표면이 구성되어 있다. 이를 제거하기 위하여 NOBF4를 이용하여 표면을 벗겨낸 후 다양한 종류의 리간드로 다시 패시베이션 시킴으로써 양자점의 전자 준위를 ~0.4eV 범위로 제어하는데 성공하였다.
합성 후 인듐비소(InAs) 양자점은 긴 부도체 특성의 리간드와 전하 이동에 방해가 되는 금속산화물로 표면이 구성되어 있다. <사진제공=한국연구재단>

[뉴스웍스=문병도 기자] 공유결합성을 갖는 양자점 소재를 표면 개질하여 태양전지에 적용하는 기술이 개발됐다.

정소희 한국기계연구원 박사 연구팀이 공유결합성이라는 재료 특성으로 견고한 안정성이 기대되는 III-V족 양자점 잉크 및 박막 제작 기술을 개발했다고 한국연구재단이 21일 발표했다.

양자점 태양전지는 기존 결정질 실리콘 태양전지의 효율 한계를 뛰어넘고 발전단가를 월등히 낮출 수 있어 활발히 연구되고 있다.

현재 개발되고 있는 양자점 박막은 대기 중에서 전하 농도를 쉽게 잃는 불안정함이 상용화의 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 광학적‧전기적 특성이 뛰어나고 견고한 안정성이 기대되는 공유결합성 III-V 양자점 잉크와 박막을 제작해냈고, 이를 양자점 태양전지에 적용시켰다.

특히 III-V족 양자점 박막은 22일이나 대기에 노출되어도 전하 농도가 보존되어, 우수한 전기적 특성을 보였다.

연구팀은 III-V 양자점의 표면을 개질해 0.4전자볼(eV)의 에너지 레벨을 조절했다.

III-V족 양자점은 재료 자체의 공유결합성이 크기 때문에 표면을 제어하는 것이 난제였다. 연구팀은 표면을 벗기는 단계와 보호막을 씌우는 단계가 분리된 2단계 연속공정을 개발해 이를 해결했다.

정소희 박사는 “개발된 III-V족 양자점 잉크와 박막은 대기 노출에도 전하 농도 보존성이 우수하고 크기 조절을 통해 쉽게 밴드갭을 제어할 수 있다”라며 “태양전지, 광센서 등 다양한 광전자 응용 분야에 사용될 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 및 글로벌프런티어사업, 그리고 에너지기술평가원 신재생에너지핵심기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션에 지난 15일 논문으로 게재됐다.

정소희(왼쪽부터) 박사, 송정훈 박사, 최혜경 박사, 팜투히엔 박사 사진제공=연구재단
정소희(왼쪽부터) 박사, 송정훈 박사, 최혜경 박사, 팜투히엔 박사 <사진제공=연구재단>

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