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서울시립대학교 융합응용화학과 이종우 교수 연구팀과 서울대학교 화학생물공학부 오준학 교수 연구팀 (제1저자, 김홍기 박사)이 기존 태양전지 한계를 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다.

▲ 왼쪽부터 서울대학교 오준학 교수 (공동 교신저자), 김홍기 박사 (제1저자), 서울시립대학교 이종우 교수 (공동 교신저자)

태양광을 작은 영역에 집중시키는 집광형 태양전지는 집중된 태양빛에 의해 훨씬 더 높은 밀도의 고에너지 전자가 생성될 수 있으나, 증가한 효율 대비 작용 면적 및 비용과의 균형을 고려해야 한다.

공동연구팀은 주석이 혼합된 다결정 페로브스카이트 필름에서, 집광형 태양전지에 실용적인 수준으로 사용할 수 있는, 상대적으로 약하게 집중된 빛 세기에서 매우 강한 밴드 채우기 효과가 발생함을 관측했다. 강한 밴드 채우기 효과는 더 높은 에너지를 가진 전자를 활용해 태양전지 효율을 증대시킬 가능성이 있다.

공동연구팀은 이러한 태양전지 박막에 에너지 장벽층을 삽입해, 일반적인 태양전지 시스템에서 효율을 낮출 것으로 간주되는 에너지 장벽이 광활성층의 고유한 광물리적 특성과 결합될 때 집광형 태양전지 시스템의 성능을 향상시켜 전력 변환 효율을 더 높일 수 있다는 것을 최초로 규명했다. 이번 연구 결과로 기존 태양전지의 한계를 초과하는 페로브스카이트 기반 태양전지 개발에 한 걸음 더 나아갈 수 있는 새로운 개념의 시스템을 제시했다.

해당 연구 결과는 1월 25일, 국제 저명 학술지인 ACS Energy Letters (Impact factor: 23.991) 에‘Harnessing Strong Band-Filling in Mixed Pb-Sn Perovskites Boosts the Performance of Concentrator-Type Photovoltaics’라는 제목으로 온라인 게재됐다.

이 연구는 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업, 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, 나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.