태양전지 효율 높일 전류 증폭 2차원 물질 발견
태양전지 효율 높일 전류 증폭 2차원 물질 발견
  • 나인문 기자
  • 승인 2019.12.02 19:46
  • 댓글 0
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IBS 이영희 단장 연구팀 "광변환 효율 46%까지 가능"
이영희 IBS 단장. IBS 제공
태양전지 효율 높일 전류 증폭 2차원 물질을 발견한 이영희 IBS 단장. IBS 제공

기초과학연구원(IBS)은 2일 나노구조물리 연구단 이영희 단장 연구팀이 2차원 물질에서 전하 캐리어(전하 운반입자) 증폭 현상을 처음으로 확인했다고 밝혔다.

전하 캐리어는 빛 에너지가 반도체에 부딪혀 전자(-)와 양공(+)으로 나뉘어 전류가 흐르도록 하는 역할을 하는 입자를 말한다. 일반적으로는 광자(빛 입자) 1개당 한 쌍의 전하 캐리어를 발생시킨다. 광자 에너지가 밴드갭의 두 배 이상일 경우에는 두 쌍 이상의 캐리어를 발생시키는 증폭 현상이 일어나는데, 지금까지 2차원 물질에서는 확인된 바 없다.

연구팀은 차세대 태양광 소재로 주목받는 전이금속 칼코젠 화합물에서 처음으로 캐리어 증폭 현상을 관찰해 냈다. 그동안 전이금속과 칼코젠 사이 결합이 쉽지 않아 대면적 합성이 일반화되지 못했지만, 3년여의 연구 끝에 전이금속 화합물 중 '몰리브덴 텔루라이드와 텅스텐 다이셀레나이드 화합물'을 대면적으로 만드는 데 성공했다.

이 화합물을 초고속 분광법을 이용해 분석한 결과 펨토초(1천조분의 1초) 수준에서 발생하는 캐리어 현상을 확인했다. 태양전지 소재로 활용하면 현재 실리콘 태양전지가 낼 수 있는 광변환 효율(33.7%)보다 10% 포인트 이상 높은 46%까지 효율을 끌어올릴 수 있다고 연구팀은 설명했다. 제1저자인 김지희 IBS 연구위원은 "전이금속 칼코젠 화합물의 뛰어난 광학적 특성을 광검출기, 태양전지 등 다양한 광전자 분야에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 2일 자 온라인판에 실렸다. 


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