반도체 혼화성 조절해 뭉침 현상 제어해 11.28%의 높은 전력 변환 효율 기록 큰 면적에서 높은 효율을 내는 유기 태양전지가 개발됐다. 유기 태양전지는 차세대 태양전지로 주목받고 있다. UNIST 화학과 김봉수 교수팀이 KIST 차세대 태양전지 연구센터 손해정 박사팀과 공동으로 고효율의 대면적 유기 태양전지 소재를 개발했다. 유기 태양전지는 현재 상용화된 실리콘 태양전지보다 가볍고 유연성을 가지며, 반투명하게 제작할 수 있어 차세대 전지로 주목받고 있다. 하지만 소자의 제작과정에서 발생하는 유기 소재의 뭉침 현상으로 높은 효율을 내기 어려웠다. 공동 연구팀은 n형 반도체(전하 운반자 역할을 하는 전자의 수가 양공의 수에 비해서 훨씬 많이 있는 반도체)와 p형 반도체(전하 운반자 역할을 하는 양공의 수가 전자의 수에 비해서 훨씬 많이 있는 반도체)가 섞이는 혼화성을 조절해 기존 대면적 유기 태양전지 효율 저하의 원인인 유기 소재의 뭉침 현상을 제어했다. 이에 앞서 공동 연구팀은 전자를 받아들이는 전자수용체 말단에 위치한 원자를 도입해 ‘비대칭 n형 반도체’를 개발했다. 반도체의 고분자화합물을 이루는 두 종류의 단량체를 결합시켜 새로운 ‘p형 공중합체(co-p
광주과학기술원(GIST) 연구진이 차세대 태양전지 제작에 필수적으로 사용되는 신물질을 개발했다. GIST 신소재공학부 김호범 교수는 스위스 로잔 연방공대 나지루딘 교수팀, 다이슨 교수팀, 이탈리아 콘실리오 국립연구소 포지 박사팀과 함께 페로브스카이트 태양전지 정공수송용 신규 소재 'BSA50'를 개발했다고 1일 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 금속-할로겐 페로브스카이트 소재를 태양광 흡수를 위한 광활성층으로 사용하는 태양전지다. 최근 실리콘 태양전지와 동등한 수준의 효율이 보고됐고, 낮은 제작 단가·용이한 생산 공정·유연화 가능 등의 장점이 있어 실리콘 태양전지를 이을 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 연구진은 태양전지의 광 흡수층 내 생성된 전하(양전하)를 효과적으로 수송해 추출하는 역할을 하는 '정공수송층' 소재를 신소재로 대체해 페로브스카이트 태양전지 상용화 가능성을 제시했다. 새로운 정공수송층 소재인 BSA50을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 기존 정공수송층을 사용한 소자의 광전변환 효율과 거의 비슷(97% 수준)한 22.65%의 효율을 보였다. 안정성 면에서는 태양광 아래 1000시간 동안 작동 후에도 초기 효율 대비 89% 이상 유지됨을 보여줘
강홍규 박사·이광희 교수팀, 친수성 산화물층 형성으로 박막 불균일 문제 해결 기존 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지인 ‘유기 태양전지’ 상용화에 기여할 고효율 대면적 모듈 필름이 개발됐다. 지스트 연구혁신센터 강홍규 박사와 차세대에너지연구소 이광희 소장(신소재공학부 교수) 공동 연구팀은 유연한 투명전극 기판 위에 500㎠ 이상 대면적 크기의 고효율 유기 태양전지 모듈 필름 제작기술을 개발했다. 유기 태양전지는 빛을 흡수해 전하를 생성하는 광활성층에 친환경 유기물질을 사용하는 차세대 태양전지. 초저가·초고속으로 두루마리 형태의 ‘롤투롤(roll to roll)’ 대량 생산이 가능하다. 기존 실리콘 태양전지에 비해 유연하고, 투명하며, 가벼운 필름 형태로 제작 가능해 장소의 제약 없이 유리, 벽면 등에 부착해 사용할 수 있다. 최근 유기 태양전지 소면적 셀에서 약 20%의 에너지 변환 효율이 보고되어 국내외에서 상용화를 위한 대면적 모듈 제작기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 기존 유기 태양전지 연구는 대부분 값비싸고 딱딱한 인듐주석산화물(ITO) 투명전극 유리기판(약 1㎠) 위에 제작한 작은 셀(cell) 단위 수준에서 이루어져 왔다. 대면적이면서 유연
헬로티 이동재 기자 | 산업통상자원부 주관하는 알키미스트 프로젝트 최종 수행기관으로 선정 UNIST 연구팀이 지난 8일 산업통상자원부 주관 알키미스트 프로젝트의 최종 수행기관으로 확정됐다. 연구팀은 신재생에너지 부분 알키미스트 프로젝트 최종 과제 수행자로 선정돼 향후 5년 간 100억원을 지원받게 된다. 연구팀은 효율 35%의 슈퍼태양전지 개발에 도전한다. 상용 실리콘 태양전지의 이론 효율 한계인 30%를 훌쩍 넘는 전지 개발에는 탠덤기술이 쓰일 예정이다. 탠덤기술은 실리콘태양전지 위에 페로브스카이트 박막 태양전지를 결합하는 기술이다. 이를 위해 실리콘 태양전지 전문가인 최경진 교수, 페로브스카이트 태양전지 분야의 세계적 석학인 석상일 교수를 비롯한 UNIST 신소재공학과 송명훈 교수와 에너지화학공학과 양창덕 교수 연구진이 모였다. 연구팀은 초고효율 슈퍼태양전지 개발과 더불어 태양전지 상용화의 3대 조건이라 불리는 장기 안정성과 가격경쟁력 향상을 위한 연구도 동시에 수행할 예정이다. 소재 기술, 대면적화 공정, 모듈화 요소 기술, 일체형 장비 개발 연구 등이다. 연구에는 KETI, KIST, 주성엔지니어링, ENF테크놀러지와 같은 유수의 연구소, 기업들이 힘
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진의 연구로 인공광합성 기술 실용화 가능성이 열렸다. 인공광합성 기술은 자연 광합성을 모방해 식물처럼 햇빛을 받아 이산화탄소를 에틸렌, 메탄올, 에탄올 등과 같은 고부가가치 화합물로 전환하는 기술이다. 하지만, 경제성 및 기술적 한계로 인해 실험실 수준의 연구에만 머물러 있었고, 태양전지 연구와 이산화탄소 전환 연구로 분리돼 각각 진행돼 왔다. 한국과학기술연구원(이하 KIST)은 청정에너지연구센터의 오형석, 이웅희 박사 연구팀이 경희대학교(경희대, 총장 한균태) 유재수 교수팀과 함께 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노미터 크기의 가지 모양 텅스텐-은 촉매 전극을 개발하고, 이산화탄소 전환 시스템을 상용 실리콘 태양전지와 결합해 실제 태양광에서 구동 가능한 대규모 인공광합성 시스템을 제작했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기상 이산화탄소 전환 일산화탄소 생성 시스템에 적용할 수 있는 새로운 텅스텐-은 촉매를 개발했다. 해당 촉매는 기존 은 촉매에 비해 60% 이상 향상된 일산화탄소 생산 효율을 보였으며, 100시간 동안의 시험에도 안정적이었다. 또한, 촉매 소재 관점에서 개발된 가지형
[헬로티] 디스플레이(PeLED) 등 차세대 광전소자 개발에도 도움 기대 ▲페로브스카이트 태양전지. (출처 : UNIST) UNIST와 한국에너지기술연구원 연구진이 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지 세계 최고 효율을 경신했다고 밝혔다. 페로브스카이트 태양전지는 태양광 발전 단가를 획기적으로 낮출 것으로 기대되는 차세대 전지다. UNIST 김진영 교수팀과 한국에너지기술연구원 김동석 박사 연구팀은 스위스 로잔공대(EPFL) 연구진과 함께 태양광을 전기로 바꾸는 효율이 25.6%에 이르는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 논문으로 정식 보고된 페로브스카이트 태양전지 효율 중 최고다. 연구진은 전지 핵심 소재인 페로브스카이트 소재의 구성 원소 조합을 새로운 접근 방식으로 바꾸는 방법으로 효율을 끌어올렸다. 이번 연구는 페로브스카이트 소재 기반 차세대 디스플레이와 같은 광전소자 개발에도 도움이 될 전망이다. 페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체구조(결정)를 갖는 물질이다. 페로브스카이트는 합성이 쉽고 가격이 저렴해 디스플레이(발광소자), 센서 등의 분야에서도 활발히 연구되고 있다. 하지만 아직 이 물질을 쓴 태양전지 효율
[첨단 헬로티] 건물이나 자동차 유리창을 태양전지로 대체할 기술이 개발됐다. 시커먼 실리콘 태양전지를 투명한 실리콘 태양전지로 대체해 ‘도심 태양광 발전 시대’를 열 전망이다. 서관용 UNIST 에너지 및 화학공학부의 교수팀은 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만드는 데 처음으로 성공했다. 사람 눈으로는 식별할 수 없는 신개념 마이크로 구조를 적용한 획기적인 결과물이다. ▲ 서관용 교수팀은 결정질실리콘에 미세구조를 도입해 투명하고 광전변환효율이 높은 태양전지를 개발했다. <사진 : UNIST> 결정질 실리콘 태양전지는 ‘규칙적인 원자배열 구조를 갖는 실리콘’을 ‘광활성층’으로 이용해 전기를 생산한다. 광활성층은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는(광전변환) 부분인데, 결정질 실리콘의 경우는 광전변환 효율이 높고 안정성도 갖추고 있다. 이 덕분에 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 결정질 실리콘 태양전지가 차지한다. 하지만 실리콘 태양전지는 주로 가시광선 영역의 태양광을 ‘흡수’해 전기 에너지를 생산하기 때문에 투명
[첨단 헬로티] 실리콘 태양전지 기술에 돌파구가 생겼다. 실리콘 태양전지는 현재 태양광 산업 대부분을 차지하는 주요 기술이다. 그런데 이 태양전지는 효율을 높이거나 제조비용을 낮추는 부분에서 이미 한계에 도달했다는 평가를 받아왔다. 그런데 한계에 도달한 이 태양전지를 다시금 업데이트할 수 있는 기술이 개발됐다. 최경진, 신명진 UNIST 신소재공학부 교수는 패로브스카이트 태양전지를 더해 효율을 높일 수 있는 ‘탠덤(Tandem)’ 기술을 개발했다고 밝혔다. ▲ 왼쪽부터 UNIST 최경진 교수, 송명훈 교수 <사진 : UNIST> 치킨게임으로 번진 실리콘 태양전지 시장, 기술력으로 뒤엎는다 세계적으로 재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 태양광 시장에 불이 붙었다. 특히 태양광 산업 대부분을 차지하는 실리콘 태양전지는 경쟁이 심각하다. 실리콘 태양전지의 기술은 이미 한계치에 이르러 이제는 각 기업마다 가격으로 승부하는 ‘치킨게임’에 이르렀기 때문이다. 실리콘 태양전지의 효율은 이론적 최대효율은 29%에 육박하는 26.6%에 이르렀다. 반면, 태양전지 단가는 1와트 당 0.16달러(PREC 태양전지) 이하로 떨
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