DGIST(대구경북과학기술원)는 에너지융합연구부 김대환·성시준 책임연구원 연구팀이 범용원소 셀렌화안티몬을 활용한 3차원 나노 구조 기반의 고효율, 저비용 3차원 태양전지 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 향후 친환경 고성능 태양전지 소자에 적용하는 등 다양한 분야로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.

범용원소 기반 화합물 반도체는 두 종류 이상의 원소로 구성한 반도체로 손쉽게 구할 수 있고 널리 사용하는 소재를 기반으로 한 것이 특징이다. 매장돼 있는 곳이 매우 한정적이지만 최근 무역 분쟁의 화두로 떠오르고 있는 희토류, 희소금속과 자원의 대체재로 주목 받고 있다.

이 중에서도 3차원 나노 구조를 적용한 화합물 반도체 소재는 나노 구조의 다양한 물리·화학적 특징을 활용할 수 있어 많은 관심이 집중되는 분야다. 이에 따라 연구팀은 셀렌화안티몬이라는 물질을 활용해 저렴하고 유연한 태양전지 기술을 개발했다. 셀렌화안티몬(Sb2Se3)은 범용원소로만 구성돼 있어 저렴하고, 증착 온도가 낮아 공정 비용도 낮을뿐더러 유연 기판에 형성이 가능한 것이 장점이다.

연구팀은 진공 증착 공정을 활용해 3차원 나노 구조를 갖는 셀렌화안티몬 화합물 기반으로 손쉽게 형성되는 공정을 개발했다. 또, 셀렌화안티몬 나노로드 어레이를 박막 태양전지 소자에 성공적으로 적용함으로써 고효율화가 가능한 3차원 p-n 접합 태양전지 기술의 가능성을 확인하기도 했다. 김대환 DGIST 책임연구원은 “향후 보다 정밀한 화합물 반도체 나노구조 제어와 소자 응용으로 연구를 넓혀 나가겠다"고 말했다.

이번 연구 결과는 재료 분야 학술지인 ‘머티리얼즈 어드밴시스(Materials Advances)’에 지난해 12월 21일 온라인 표지 논문으로 게재됐다.