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광전효율 8%…솔라패널 필요 없어

(지디넷코리아=이재구 기자) 너무 작아 눈에 보이지도 않지만 엄청난 효율로 태양광을 빨아들이는 감광성 나노입자가 개발됐다. 태양광을 흡수하는 이 나노미터 크기의 미세한 입자(나노양자점)들은 잉크나 페인트에 섞어 지붕위에 칠하면 그대로 태양광전지판이 된다.

나노테크놀로지나우는 9일(현지시간) 토론토대학연구팀이 콜로이드나노양자점 재료 기술을 이용해 값싸고 손쉽게 태양광전지를 사용할 수 있는 길을 열었다고 보도했다.

이 내용은 이번 주 네이처 머티리얼 온라인판에 게재됐다.

연구진은 이 강력한 양자나노점을 잉크와 섞어 얇고 유연한 지붕위의 루핑에 칠하면 수많은 사람들에게 손쉽게 태양광 전지 발전의 길을 열어줄 것으로 기대하고 있다. 

조만간 각 가정의 지붕에서 태양광발전을 위해 설치해야 하는 얇은 유리같은 솔라패널설치작업을 더 이상 할 필요가 없음을 의미한다. 또 값싸고 유연한 태양광셀은 물론 가스센서, 적외선 레이저, 적외선 LED, 일기예보용 위성, 리모콘, 위성통신, 오염검지기 등의 제작에도 활용될 전망이다.

현재 8%의 광전효율을 보이는 이 양자점 재료는 단단하며 공기중에서 안정성을 보이는 감광성 나노입자로서 콜로이드 양자점(Colloidal Quantum Dots,CQD)으로 불린다.
▲ 잉크나 페인트에 섞어 지붕등에 손쉽게 칠할 수 있는 태양전지로 전환되는 광전효율 8인 나노입자가 개발됐다. <사진=씨넷>
이번 성과는 토론토대 전기컴퓨터공학과 포스트닥 닝지준과 테드 사전트교수의 지도하에 이뤄졌다. 연구는 에드워드 S. 로저스 시니어가 새로운 태양광감광 나노입자를 설계하면서 시작됐다.

닝과 동료들은 공기중 산소에 노출됐을 때 전자를 잃는 광전반도체의 문제를 해결함으로써 훨씬 더 효율적으로 빛을 흡수하는 반도체를 개발했다.
▲연구진은 산소에 노출돼도 안정적인 콜로이드양자점 CQD을 실현하기 위해 산화를 막는 재료를 찾아냈다. 배위자가 산화를 막아주었다. <사진=네이처머티리얼>
▲나노입자 크기의 콜로이드양자점 개발로 조만간 이런 크고 거추장스럽고 비싼 광전지판을 설치할 필요가 없어지게 될 날도 멀지 않았다. <사진=GE>
이들은 새로운 콜로이드방식의 양자점 n타입물질 모델을 만들었다. 이들은 기존 반도체와는 달리 공기에 노출돼도 산소와 결합하지 않으면서 전자를 풍부하게 유지하는 성질을 가진 것으로 드러났다.

이들은 n타입과 p타입 반도체 층을 동시에 유지하도록 함으로써 빛의 흡수효율을 높이고 빛과 전기의 최고 속성을 이끌어내는 새로운 광전기기의 세계를 여는데 성공했다.

기존 반도체의 n타입 재료는 공기중에 노출되면 산소원자와 결합하면서 전자를 잃고 p타입으로 바뀐다. n타입 재료는 전자가 풍부하고, p타입 반도체 재료는 전자가 부족한 상태다.

닝은 “콜로이드는 공기에서 안정성을 보여주는 이 고효율 양자솔라셀을 위해 가장 완전하게 중심원자에 결합돼 있는 이온(配位子,ligand)로서 이전까지는 없었던 것”이라고 설명했다. 그는“이것은 무엇보다도 재료혁명이다. 우리는 이 재료를 이용해 새로운 반도체구조를 만들 수 있다”고 말했다.

사전트교수는 “우리는 콜로이드 양자점 광전지의 광전효율 성능 향상을 향상시켜 상용화 하기 위한 작업을 하고 있다”고 말했다.

이 연구는 달하우지대학,킹압둘라과학기술대, 화종과학기술대의 협력으로 이뤄졌다.


이재구 기자 (jklee@zdnet.co.kr)
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