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에너지 준위 제어 가능한 인듐비소(InAs) 양자점 표면 제어 과정 모식도
[산업일보]
양자점 태양전지는 기존 결정질 실리콘 태양전지의 효율 한계를 뛰어넘고 발전단가를 월등히 낮출 수 있어 활발히 연구되고 있다. 하지만 현재 개발되고 있는 양자점 박막은 대기 중에서 전하 농도를 쉽게 잃는 불안정함이 상용화의 걸림돌이 되고 있다.
이에 국내 연구진을 통해 공유결합성을 갖는 양자점 소재를 표면 개질하여 태양전지에 적용하는 기술이 개발됐다. 정소희 박사(한국기계연구원) 연구팀이 공유결합성이라는 재료 특성으로 견고한 안정성이 기대되는 III-V족 양자점 잉크 및 박막 제작 기술을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.
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 보존돼, 우수한 전기적 특성을 보였다.
연구팀은 III-V 양자점의 표면을 개질해 0.4eV(전자볼트)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.
정 박사에 따르면, 이 연구에서 제시한 InAs 양자점 표면 제어 전략은 다른 III-V족의 공유결합성을 갖는 InP, InSb, GaAs 양자점 등으로 확장 적용될 것으로 예측된다.
또한 개발된 n-형의 InAs 양자점 박막은 대기 노출에도 전하 농도 보존성이 우수하고 크기 조절에 따라 쉽게 근적외선 영역대의 밴드갭 제어가 가능하기 때문에 태양전지, 광센서 등의 다양한 광전자 응용분야에 사용이 가능 할 것이다.
더 나아가 InAs 양자점 박막은 bottom cell로써 기존의 실리콘, 페로브스카이트 태양전지 등과 적층형(tandem) 태양전지로 이용이 가능할 것으로 예측된다.
