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흐린 날에도 전기 잘 생산하는 태양전지용 소재 개발

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흐린 날에도 전기 잘 생산하는 태양전지용 소재 개발

2019.11.24 18:15
한국과학기술연구원 제공
한국과학기술연구원 제공

국내 연구진이 흐린 날에도 기존 소재보다 전기를 30% 더 생산하는  태양전지용 신소재를 개발했다.   

 

손해정 한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 책임연구원 연구팀은 약한 빛으로도 효과적으로 전기를 만드는 신소재를 개발하고 태양전지에서 빛을 흡수하는 광흡수층 소재로 활용해 고효율 유기태양전지를 개발했다고 24일 밝혔다.

 

태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않아야 한다. 현재 태양전지는 날씨가 흐리거나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 크게 감소한다. 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이고 지속적인 전원 공급이 힘들다. 유기태양전지는 적은 양의 빛으로도 전기에너지를 만들 수 있어 대안으로 꼽힌다. 하지만 소재 원리가 잘 알려져 있지 않고 적합한 소재를 찾는것도 어려웠다.

 

연구팀은 유기태양전지용 고분자 중 가장 성능이 좋은 것으로 꼽히는 ‘PDBDT-2F’ 구조에 염소와 황을 도입한 ‘PBDBT-SCl’을 합성했다. 이 고분자는 결정성이 커 빛을 받을 때 상분리가 크게 일어나며 전하를 전달하는 능력이 개선되고 저항이 떨어져 저조도에서도 광전변환효율이 크게 증가하는 것으로 나타났다.

 

개발된 신소재는 맑은 날 태양이 최고조일 때인 10만 럭스(lux, 조명이 밝은 정도)의 10분의 1 수준 조건에서 기존 소재보다 30% 향상된 13.23%의 변환효율을 보였다. 태양전지로 만들었을 땐 실내조명인 형광등을 광원으로 써도 38% 향상된 효율인 21.53% 변환효율로 전기를 생성했다. 형광등의 조도는 500lx다.

 

손 책임연구원은 “한국과 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재 핵심기술을 개발했다”며 “추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기 선점할 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구결과는 지난달 16일 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 에너지 레터스’에 실렸다.

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