대구경북과학기술원(DGIST)은 최종민 에너지공학과 교수 연구팀이 유기분산 'MXene' 소재를 도입해 양자점 태양전지의 효율을 크게 향상 시킬 수 있는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
최근 양자점 태양전지가 이슈로 부상하고 있지만 광 흡수물질과 정공 전달물질 간 에너지 수준이 적절히 배치되지 않아 에너지레벨 정렬 불일치와 표면에 금이 가는 크랙 문제가 있다. 이는 성능 제한으로 연결된다. 특히 에너지레벨 정렬 불일치는 전하를 효율적으로 추출하지 못하게 해 태양전지 성능을 크게 떨어뜨린다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 양자점 태양전지에 2D 구조의 MXene 소재를 도입하는 기술을 개발했다. 유기용매 분산성이 뛰어난 폴리카테콜을 MXene 소재 표면에 결합시켜 양자점 잉크 공정에 MXene을 적용할 수 있도록 했다.
MXene 도입으로 양자점 박막이 높은 페르미 레벨을 형성, 양자점의 전하 재배치가 이뤄져 에너지레벨 정렬 불일치 문제를 해결했다. 또 2D구조 MXene은 소자 내부 금속 침투를 막아줘 광전화 효율을 12.8%에서 13.6%로 향상시키고, 열 안정성도 약 30% 향상시켰다.
최종민 교수는 “이번 연구로 양자점 태양전지 효율을 향상할 수 있는 방법을 개발했을 뿐 아니라 MXene을 차세대 양자점 전자소자에 응용할 수 있는 아이디어를 제시했다”면서 “지속 연구를 통해 양자점 태양전지 효율과 안정성 향상을 위한 표면 안정화 기술을 개발하겠다”고 말했다.
연구에는 DGIST 유형렬 석·박사통합과정생이 제1저자로 참여했으며, 최근 에너지분야 국제학술지 '어드벤스드 에너지 머티리얼즈' 온라인에 게재됐다. 한국교통대학교 인인식·안태규 교수 연구실이 연구에 참여했으며, 한국연구재단 '기본연구 사업' 지원을 받았다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
