한양대 방진호 교수팀, 안정적 구동 시간도 수십 배 늘려
개발된 은 나노클러스터의 구현 모식도 및 성능 비교
[대전=일요신문] 육심무 기자 =한양대 방진호 교수 연구팀이 은 나노입자를 이용한 태양전지의 안정성을 확보하고 광전환 효율도 획기적으로 끌어올렸다.
광전환 효율은 입사되는 태양광 에너지와 태양전지에서 출력되는 전기 에너지의 비를 퍼센트로 표시한 것이다.
금 나노입자를 이용한 태양전지 시스템의 성공과 달리 은 나노입자의 경우에는 낮은 화학적 안정성과 빛에 의해 높은 에너지 상태로 이동된 전자가 머무르는 여기 전자 수명이 짧았다.
은나노 클로스터는 금 나노클러스터보다 높은 흡광 계수를 갖는 물리적 특징과 저가의 장점이 있지만 두 가지 한계를 극복할 수 있는 합성 기술의 부재와 광전극/전해질 계면에서 발생하는 각종 전자전이 및 재결합 현상에 대한 이해의 부족으로 오랫동안 답보 상태에 있었다.
연구팀은 은 나노입자의 표면에서 은(Ag)과 황(S)의 복합체가 응집되도록 유도하는 합성법을 개발해 은 나노입자의 단점을 극복했다.
이로써 태양전지의 광전환 효율을 2배 끌어올리고, 안정적으로 구동되는 시간을 수십 배 향상시켰다.
은 나노입자가 복합체에 둘러싸이면서 안정성이 대폭 향상되고, 은 나노입자의 표면에서 중심부를 향한 전자의 이동이 용이해져서 여기 전자 수명도 크게 높아질 수 있었다.
방진호 교수
방진호 교수는 “금 나노클러스터에 이어 은 나노클러스터의 태양전지 응용 가능성을 확보함에 따라, 무독성 친환경 태양전지라는 새로운 개념의 3세대 태양광 전환 시스템의 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 설명했다.
이 연구 성과는 미국화학회의 국제학술지 ‘ACS 응용재료 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces)’에 4월 3일 표지 논문으로 게재되었다.
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