양자점 태양전지의 최근 진보와 도전

전문가 제언

○ 저비용 고효율을 요구하는 차세대 태양전지 시스템 중에서 양자점(QD) 기반의 태양전지(QDSC)는 가장 유망한 후보로 대두되고 있는데 QD의 저렴한 용액가공과 QD에서만 가능한 독특하고 다양한 특성 덕이다. 이 글에서 저자들은 먼저 QD의 매력적 장점인 태양전지 응용에 유익하고 QD 크기에 의해 변화 가능한 띠 간격과 다중 여기자생성(MEG: 흡수 광자 하나에서 다수의 여기자 생성)을 고찰하고 최고 8.6%(대기안정성 150일 초과)까지의 성능향상에 기여한 주된 전략을 분석/소개하고 있다. 중요한 것은 QDSC의 높은 잠재능력과 금후 도전의 설명이다.

 

○ 단일접합 태양전지의 PCE(파워변환효율)는 이론적 한계 31%를 갖는데 QDSC만이 이를 극복할 수 있다. 동일한 용액가공의 저렴한 가공비 장점을 갖고 기적적 성장을 보인 페로브스카이트 태양전지(PCE: 2009년 3.8~현재 20.1%)에 대해 QDSC의 비교우위 능력이 보인다. 지금은 비록 QDSC의 PCE가 낮지만 이의 무한한 가능성을 이 글은 명료하게 기술적 진전사항으로 설명하고 있어 관심을 가진 분들에게 큰 도움이 될 것이다.

 

○ QD는 용액 내 전구체 간 반응에 의한 저렴한 콜로이드 양자점(CQD)이 대세이다. 합성 시 응집 방지에 필수적인 긴 사슬의 절연성 유기리간드는 응용 시 양자 간 전자결합 등을 저하시키므로 짧은 리간드로의 교환이 QDSC 성능향상의 기초이다. QD표면의 과잉 양이온 제거를 위한 무기할라이드 이온 이용 부동태화가 중요하고 리간드 교환은 띠 간격 에너지도 변화시켜 다양한 리간드처리는 PbS-QD/ZnO 이종접합 SC의 PCE 8.6%를 보였다. 양산에는 10만 h 이상 장기안정성의 캡슐화, 금후 이미 성공적인 무독성 재료(CuInS2 등) 연구의 심화가 필요하다.

 

○ 한국은 양자점 태양전지 연구에 적극적이다. 2013년 성균관대 박남규 교수와 이진욱 등이 여러 대학교와 공동으로 PbS QD에 Hg 도핑으로 상온에서 세계 최고광전류를 얻었다. 2010년 삼성전자가 양자점 기술이용 박막태양전지 공동개발을 위해 미국 나노시스사에 1,500만 달러를 투자하기로 하였다. 한국에너지기술연구원 이정철의 “초 고효율 양자점 태양전지 원천기술 개발”, 2009년 서울대 이창희 교수 등의 습식화학합성법에 의한 녹색양자점 LED 효율향상 등은 극히 일부의 예이다.

저자

Dongling Ma et el

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2015

권(호)

6()

잡지명

The Journal of Physical Chemistry Letters

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

85~99

분석자

변*호

분석물

• 양자점 태양전지의 최근 진보와 도전.pdf [401,079 byte]

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