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그래핀 태양전지, 동급 최고 효율 17.1% 기록

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그래핀 태양전지, 동급 최고 효율 17.1% 기록

2016.02.23 18:00
연구에 참여한 최만수 서울대 기계항공공학부 교수(왼쪽부터), 성향기 연구원, 안남영 연구원 - 서울대 기계항공공학부 제공
연구에 참여한 최만수 서울대 기계항공공학부 교수(왼쪽부터), 성향기 연구원, 안남영 연구원 - 서울대 기계항공공학부 제공

값비싼 투명전극 없이도 17.1%의 높은 발전 효율을 보이는 태양전지가 개발됐다.

 

최만수 서울대 기계항공공학부 교수팀이 고가의 투명전극을 그래핀으로 대체한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 23일 밝혔다.


무기물질과 유기물질이 섞여있는 페로브스카이트 구조를 이용한 태양전지는 우리나라가 세계적으로 앞서있다.

 

최근에는 ‘마(魔)의 효율’이라 부르는 20%를 넘기는 등 빠르게 발전하고 있지만 인듐(In) 등 고가의 원소가 함유된 투명전극을 사용해야 하고, 이런 고가 소재를 사용한 기존 투명전극은 구부러뜨리면 구조가 깨지는 단점이 있었다.


연구팀은 기존 투명전극을 대체할 소재로 ‘꿈의 소재’라 불리는 그래핀을 세계 최초로 이용했다. 그래핀은 투명하고 쉽게 구부러지면서도 구조를 유지하는 특성이 있지만, 기존 투명전극에 비해 전기 저항이 크고 표면 위에 코팅이 잘 되지 않는 소수성(疏水性)이 있어 활용하기 어렵다는 단점도 있다.

 

연구팀은 그래핀 표면에 삼산화몰리브덴(MoO3)을 수 나노미터(㎚, 10억 분의 1m) 두께로 증착해 그래핀의 표면 성질을 바꿨다. 그 결과 소수성이어서 코팅을 방해하던 그래핀의 표면이 친수성(親水性)으로 바뀌고 전기 저항이 낮아졌다. 그래핀을 투명전극으로 활용하는 데 걸림돌이었던 두 문제가 한 번에 해결된 것이다.


투명전극 대신 그래핀을 사용해 만든 연구팀의 페로브스카이트 태양전지는 발전효율 17.1%를 기록했다.


최 교수는 “투명전극을 다른 소재로 대체한 태양전지 중 세계에서 가장 효율이 높다”며 “기존의 단단한 투명전극 대신 쉽게 구부러뜨리고 펼 수 있는 그래핀을 이용한 만큼 향후 커브드(Curved) 태양전지, 플렉서블 태양전지를 만드는 데 응용이 가능할 것”이라고 말했다.


연구결과는 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스 4일자에 실렸다.

 

그래핀 표면 위에 삼산화몰리브덴을 증착하자 (a) 표면이 소수성에서 친수성으로 개질되고, (b) 증착한 두께에 따라 저항값이 낮아졌다. ITU는 인듐을 이용한 기존 투명전극을 말한다. (c) 삼산화몰리브덴을 증착한 태양전지 단면. - 서울대 기계항공공학부 제공
그래핀 표면 위에 삼산화몰리브덴을 증착하자 (a) 표면이 소수성에서 친수성으로 개질되고, (b) 증착한 두께에 따라 저항값이 낮아졌다. ITU는 인듐을 이용한 기존 투명전극을 말한다. (c) 삼산화몰리브덴을 증착한 태양전지 단면. - 서울대 기계항공공학부 제공

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