한국과 호주 공동연구팀이 실내조명의 낮은 광량 만으로도 전력생산이 가능한 태양전지 기술개발에 성공했다.
아주대학교는 김종현 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 교수 연구팀이 페로브스카이트(Perovskite) 광흡수 소재를 이용해 실내조명 환경에서 활용 가능한 태양전지 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.
전자부품연구원의 박노창 박사팀, 호주 뉴사우스웨일즈대학(UNSW)의 윤재성 박사팀이 함께 참여했다.
이번 연구 성과를 담은 논문은 나노소재 및 에너지 분야의 저명 학술지인 「나노 에너지(Nano Energy), Impact Factor:15.548/JCR 상위 3.7%」 11월 23일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구 논문의 교신저자는 김종현 아주대 교수가 맡았다. 아주대 대학원 안명현 학생과 전자부품연구원의 김진철 박사는 공동1저자로 참여했다.
논문 제목은 「실내 저조도 조명환경에서 고출력 페로브스카이트 태양전지 제작을 위한 소자설계 전략과 구동원리(Device Design Rules and Operation Principles of High-Power Perovskite Solar Cells for Indoor Applications)」이다.
그동안의 태양전지는 빛의 양이 많은 태양광조사 환경 하에서 출력이 우수한 태양전지를 중심으로 연구개발됐다.
하지만 최근 실내 환경에서 사용되는 사물인터넷(IoT) 센서의 수요가 급격히 증가함에 따라 이들을 독립전원으로 구동시키는데 필요한 고출력 실내 저조도 태양전지의 개발이 요구돼왔다.
연구팀의 이번 성과는 높은 광량을 가지는 실외 태양광 환경에서의 우수한 태양전지 성능이 저조도 환경에서의 고출력을 보장해주지 않는다는 것을 처음으로 밝혀내고, 실내 저조도에서 태양전지의 출력을 극대화할 수 있는 원리를 제시했다는 측면에서 그 의미가 크다.
김종현 교수팀은 이번 연구를 진행하며 실내조명 광흡수 성능이 우수한 페로브스카이트 소재에 주목했다.
연구팀은 태양전지의 광흡수층과 계면층에 존재하는 미세한 전하 결함밀도 차이가 저조도 환경에서의 출력감소에 큰 영향을 미친다는 것을 밝혀냈고, 저결함밀도형 전하수송층을 도입함으로써 저조도(400 Lux)에서 100.97uW/cm2의 우수한 출력밀도를 얻을 수 있었다.
김종현 아주대 교수는 "이번 연구를 통해 다양한 종류의 실내조명에 최적화된 고출력 태양전지를 개발할 수 있게 됐다"며 "관련 기술을 국내 및 호주 스마트팜에 적용하여 농작물 생육환경 센서, 가축 헬스케어 센서 및 환경 모니터링 센서로 실증하는 연구개발을 진행하고 있다"고 말했다.
김종현 교수 연구팀은 이 기술을 이용해 센서 전문 기업인 ㈜대연씨앤아이와 함께 저조도 태양광모듈 기반 자율독립형 IoT 센서를 개발하고 있다.
이번 연구는 한국산업기술진흥원의 국제공동기술개발사업과 한국연구재단의 한-오세아니아 협력기반조성사업 및 이공분야 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
박종대 기자 pjd@kihoilbo.co.kr
기호일보 - 아침을 여는 신문, KIHOILBO