[인더스트리뉴스 최용구 기자] 양자점 태양전지의 효율을 크게 높이는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

DGIST(총장 국양)는 에너지공학과 최종민 교수 연구팀이 유기분산 ‘MXene 소재’를 도입한 효율 향상에 성공했다고 지난 11월 28일 밝혔다.

양자점 태양전지는 에너지레벨 정렬 불일치와 표면에 금이 가는 크랙 문제 등으로 성능이 제한되고 있다.

MXene의 표면개질 여부에 따른 양자점 태양전지 잉크 유기용매 분산성 비교 [자료=DGIST]

에너지레벨 정렬 불일치는 전하를 효율적으로 추출하지 못하게 만들어 전지의 성능을 크게 떨어뜨린다.

최 교수 연구팀은 양자점 태양전지에 2D 구조의 MXene 소재를 도입하는 방법을 활용했다.

유기용매 분산성이 뛰어난 폴리카테콜을 MXene 소재 표면에 결합시켜 양자점 잉크 공정에 MXene을 적용할 수 있도록 했다.

실험 결과, MXene의 도입 후 양자점 박막이 높은 페르미 레벨이 형성됐다. 이에 따라 양자점의 전하 재배치가 이뤄졌으며 에너지레벨 정렬 불일치 문제가 해결됐다.

2D구조 MXene은 소자 내부 금속 침투를 막아주는 데 중요한 역할을 했다. 광전화 효율은 12.8%에서 13.6%로 올랐고 열 안정성도는 약 30%가 향상됐다.

MXene이 적용된 양자점 태양전지 그림 및 소자 전류밀도-전압 그래프 비교 [자료=DGIST]

최 교수는 “본 연구는 MXene을 차세대 양자점 전자소자에 응용할 수 있는 아이디어를 제시한다”고 설명했다. 실용화 가능성에 대해선 “양자점 태양전지 혹은 일반적 양자점 전자소자의 상용화가 선행된다면 해당 기술은 필요 상황에 맞게 바로 실용화 가능하다”고 판단했다.

그는 “추가 연구를 통해 양자점 태양전지의 효율뿐만 아니라 안정성 향상을 위한 표면 안정화 기술을 개발하고자 한다”고 덧붙였다. 

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 10월 6일자로 온라인 게재됐다.

연구에는 DGIST 유형렬 석·박사통합과정생, 한국교통대학교 인인식·안태규 교수 연구팀도 공동 참여했다.

[최용구 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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