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지속가능한 녹색성장 신재생에너지의 하나로 태양전지 산업이 각광받고 있는 가운데 나노기술(NT)을 활용한 차세대 태양전지 개발이 한창이다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 3일 나노 박막, 나노선, 나노튜브 및 나노 양자점(Quantum dot) 등 세계 최고 수준의 나노 소재 제작 기술을 이용해 이른바 '제3세대' 고효율 양자점 태양전지 개발을 진행 중이라고 밝혔다.
1세대 태양전지는 실리콘 태양전지를 말한다. 2세대 태양전지는 실리콘 기판 대신 유리와 금속포일, 플라스틱 필름과 같은 값싼 기판에 저가 공정을 이용한 것으로 실리콘 박막과 화합물 박막, 염료감응 태양전지 등이 해당한다.
3세대는 양자점 태양전지, 폴리머 태양전지 등 효율과 제조원가를 획기적으로 개선할 수 있는 기술이 도입된 것을 가리킨다.
현재 실리콘계 태양전지 효율이 한계점에 도달한 이유는 실리콘의 밴드갭이 작아 태생적으로 태양광 중에서 낮은 에너지 영역인 적외선만을 광전 변환에 이용할 수 있기 때문이다.
그러나 다행스럽게도 실리콘을 나노 구조체 형태로 만들면 양자구속효과에 의해 밴드갭이 증가해 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선을 광전 변환에 활용할 수 있게 된다.
특히 양자점은 전자를 가둬놓을 수 있는 반도체 결정이 수 나노미터(㎚=10억분의1ｍ) 크기의 구 형태를 띠는 나노소재로 뛰어난 색순도와 높은 양자효율, 용이한 파장 제어 등으로 차세대 광소자 후보로 기대를 모아왔다.
따라서 KRISS는 지난 10여년간 실리콘 양자점을 이용, 실리콘 광소자 및 메모리 소자를 개발해 온 기반 위에 10nm급 실리콘 나노선 제작 기술을 결합시켜 수직접합 실리콘 양자점 태양전지를 개발하고 있다.
특히 국내 연구진의 차세대 태양전지 개발의 특징은 바로 '수직접합'이란 새 방식을 도입한다는 점이다.
기존의 태양전지는 전자-정공쌍이 분리되는 접합영역이 표면과 수평 방향으로 배향하는 수평접합의 형태를 띠고 있어 효율 향상에 한계가 있다.
하지만 나노선 기술을 이용한 수직접합에서는 접합영역이 표면과 수직으로 배향해 접합 영역을 극대화함으로써 실리콘 양자점 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있다고 KRISS는 설명했다.
KRISS 관계자는 "나노점과 나노선 기술이 융합된 수직접합 태양전지는 이미 개발되고 있고, 나아가 반도체 성격을 갖는 나노선이나 나노튜브에 유기물을 결합하는 나노-유기 융복합 태양전지 개발을 추진하고 있다"고 말했다.
앞서 정부의 신성장동력기획단과 콘텐츠코리아추진위원회는 작년 9월 신성장동력 6대 분야를 선정 발표하면서, 설치비용을 낮출 수 있는 2, 3세대 태양전지 개발과 상용화에 주력해 2018년까지 세계시장 20%를 점유한다는 계획을 밝힌 바 있다. | 
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