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고 효율 실리콘 솔라 셀의 유전체 반사방지막

전문가 제언: ○ 자연자원으로부터 전기를 생산하기 위해서 태양광을 비롯하여 풍력, 수력, 조력, 바이오매스 등 다양한 자연자원을 활용한다. 태양광 발전도 태양으로부터 오는 빛 에너지를 이용하는 것임에는 틀림없으나 수력이나 풍력, 조력과 같이 자연적인 역학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것이 아니고 빛에너지가 반도체 내에서 정교한 광기전(photovoltaic) 메커니즘을 통하여 전기를 생산하기 때문에 효율이 높은 솔라 셀 제작이 태양광발전의 핵심과제의 하나이다.

○ 최근 일본 동북부지방의 대지진으로 후쿠시마 원전사고로 값싸고 안전한 원자력발전이라는 신화가 깨져버렸다. 이제 세계 각국의 에너지 정책이 변화되면서 안전하고 확실한 태양광발전에 대한 연구와 투자도 더욱더 촉진되리라 생각한다. 다행이 우리는 반도체 선진국으로서 국내 중요대기업 삼성, LG, 한화, 웅진, 신성, SK그룹 등이 태양광발전 사업의 수직계열화를 이루고 솔라 셀 연구 환경이 개선되고 있어 고무적이다.

○ 고효율의 솔라 셀은 솔라 셀 표면에 입사되는 태양빛을 최대한 투과되게 하는 것이 첫 번째 과제이다. 그런데 현재 산업화가 이루어진 실리콘의 경우 굴절률이 3.44이므로 반사방지막(AR, anti-reflection)을 채용하지 않으면 통상 40%의 반사가 일어난다. 반사를 줄이고 최대한 빛이 투과될 수 있는 반사방지막 코팅 기술이 고효율 솔라 셀 제작의 핵심이다. 이 글에서는 기존의 Au 나노입자 대신에 TiO2 유전체 나노입자를 반사방지막으로 채용함으로서 투과도가 높은 반사막을 제작할 수 있음을 제시한 것이다.

○ 이 기법은 고가의 스퍼터링이나 CVD방법을 사용하지 않고도 간편하고 경제적인 용액기반 스핀코팅기법으로 제작한 TiO2 NPs 유전체 반사방지막이 AM 1.5 솔라 스펙트럼 500-600nm에서 5% 이하의 반사율을 나타내었다. 넓은 태양광 스펙트럼 영역에서 고르게 높은 투과도를 나타냈으며 특히 65nm의 나노입자 TiO2 유전체 반사방지막의 투과도는 0.94였다. 이는 고효율 솔라 셀 제작기법으로 특기할 만한 결과라고 생각한다.

저자: Dehui Wan et al
자료유형: 학술정보