□   GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 차세대에너지연구소 장재형 소장(전기전자컴퓨터공학부 교수)과 윤주형 교수(인천대학교) 공동 연구팀은 양자점을 이용한 광대역 CIGS 박막태양전지* 기술개발에 성공하였다.

* CIGS 박막태양전지: 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)으로 구성된 화합물 반도체를 태양광 흡수층으로 사용하는 박막태양전지를 말한다.

∘  양자점은 나노 크기의 반도체 입자로서, 구성물질 및 크기 조절을 통하여 광학적 특성을 조절할 수 있다. 이러한 양자점의 성질들을 이용하여 최근 디스플레이 및 광전 소자의 광학 소재로서 널리 응용되고 있다.

∘ 저가형 고효율 태양전지 개발에 적합한 CIGS 박막태양전지는 에너지 변환효율이 높아 태양광 발전소 뿐 만 아니라 휴대용 경량 태양전지로도 활용가능하여 폭넓은 응용이 가능하다.

□   기존 CIGS 박막태양전지는 자외선 영역을 포함하는 짧은 파장대역 (300~520 나노미터)의 태양빛이 태양전지 상부의 투명전극*과 버퍼층*에서 흡수되어, 본 파장대역의 태양에너지를 전기에너지로 변환하지 못하는 한계가 있다.

* 투명전극 : 태양전지의 빛이 입사되는 쪽 표면에 형성시킨 광투과율이 높으면서 전기 전도율이 우수한 성질을 가진 전극. CIGS 박막태양전지에서는 주로 징크 옥사이드(ZnO) 및 알루미늄이 도핑된 ZnO를 사용한다.

* 버퍼층 : p-형 전도 특성을 띠는 CIGS 광흡수층과 p-n 접합을 이루기 위한 n-형 반도체로 CIGS 박막태양전지에서는 주로 카드뮴 설파이드(CdS)를 널리 사용한다.

□  연구팀은 짧은 파장 대역의 빛을 대부분 흡수하여 가시광 대역의 빛을 발광하는 양자점 개발에 성공하였으며, 이를 CIGS 태양전지의 반사방지막*과 투명전극 층 사이에 적용하였다. 그 결과, 가시광 및 적외선 영역뿐 만 아니라 자외선 영역의 태양광을 전기에너지로 변환할 수 있는 광대역 CIGS 박막태양전지를 실현하였다.

* 반사방지막 : 태양전지 표면에 빛의 반사 손실을 줄이기 위해 형성시킨 막. CIGS 박막태양전지에서는 주로 마그네슘 플루오라이드(MgF2)를 사용한다.

∘ 기존 CIGS 박막태양전지 상부에서 발생하는 짧은 파장대역의 손실을 해결하였을 뿐 만 아니라, 양자점과 반사방지막의 결합을 통하여 양자점의 발광 손실 및 표면반사 손실을 최소화하여 광대역 고효율 CIGS 박막태양전지를 실현하였다.

□   GIST 차세대 에너지연구소 장재형 소장(교신저자)과 인천대학교 윤주형 교수(공동교신저자)가 주도하고, 정호중(제 1저자) GIST 박사과정생이 수행한 이번 연구성과는 2017년 7월 11일 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재되었다. <끝>

□ 논문명과 저자정보는 다음과 같다.

- 논문명 : Ultrawide Spectral Response of CIGS Solar Cells Integrated with Luminescent Down-Shifting Quantum Dots

- 저자 정보 : 장재형 교수(교신저자, 광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부 교수, 차세대에너지연구소(RISE) 소장), 윤주형 교수(공동 교신저자, 인천대학교 전기공학과), 정호중(제 1저자, 광주과학기술원 나노바이오재료전자공학부 석·박 통합과정), 김예찬, 이수경(공동저자, 광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부 박사과정), 정연길(공동저자, 광주과학기술원 차세대에너지연구소 선임연구원), 송진원(공동저자, 에코플럭스)