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태양광발전의 효율 개선 ？ 나노구조 반도체의 캐리어 다체효과

전문가 제언: ○ 나노구조 무기반도체는 태양전지, 광 분해물 및 에너지 저장과 같은 디바이스 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 전극의 비표면적(specific surface area)과 전하 전송능력은 이러한 디바이스 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 전극 재료의 미시구조가 전기적 성능에 중요한 영향을 미치고 높은 비표면적을 가진 전통적인 전극재료는 나노입자의 무질서한 퇴적을 통해 형성된다.

○ 결정입자 사이에는 대량의 결정경계와 결함이 존재하기 때문에 전하로 하여금 결정입자 사이의 확산상수 비를 단결정 벌크재료 속에서 낮아지도록 하기 때문에 디바이스 성능에 큰 영향을 미친다. 1차원 배열 나노구조는 신속한 전송 성능을 보유하고 있지만 비표면적은 나노입자 박막에 비하여 작다. 그러므로 전극의 미시구조에 대해 합리적인 조정제어를 실행하여 높은 비표면적과 신속한 전하 전송성능을 동시에 보유한 나노구조의 개발은 향후 무기반도체 나노전극 재료의 발전에 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.

○ 미국 Boston대학에서는 물 분자를 이용한 청정에너지기술과 관련된 전기전도도를 해결하기 위해 표면적이 확대되어 효율적으로 전하를 운송할 수 있는 티타늄 헤테로(Ti Hetero) 나노구조를 개발하였다. 새로운 물 분해과학에서는 수소를 생성하기 위한 반도체 재료 내에 에너지를 수집하고 최종적으로 수소 제조에 사용되는 전하를 효율적으로 운송해야 한다. Boston대학에서는 2개의 티타늄 기반 반도체를 나노크기 구조로 제조하여 에너지 수집작용의 효율이 약 33%로 향상되고 자외선에서 16.7%의 최대 에너지 변환효율을 달성하였다.

○ 금년에 우리나라의 삼성전자는 휴대폰 사업부문의 사업실적 부진을 반도체부문으로 극복하면서 이 분야의 실적 상승을 위한 개발을 꾸준히 진행하고 있다. 반도체 부문은 기술 우위의 미세공정과 Ⅴ(수직구조) 낸드기술 등을 바탕으로 실적을 이어나갈 것으로 예상되고 있는데 이처럼 우리나라는 기술을 바탕으로 한 산업과 수출이 경제를 떠받드는 기둥이 되고 있으므로 그러한 기술을 더욱 발전시킬 수 있는 정책과 지원이 중요하다고 생각된다.

저자: Kingkou Yoshihiko
자료유형: 니즈학술정보