딱정벌레 표피 모방 색반사 필름을 이용한 컬러 태양전지 제안 대부분의 빛을 반사시켜 잿빛으로 보이는 딱정벌레 표피의 미세구조를 모방, 시커먼 태양전지에 알록달록 색을 입힌 고효율 컬러 유연 페로브스카이트 태양전지가 소개됐다. 한국연구재단은 경희대학교 최석원 교수, 울산과학기술원(UNIST) 송명훈 교수 연구팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름을 제작하고 이를 부착한 건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작했다고 밝혔다. 건물 외벽, 지붕, 창호 등에 적용될 수 있는 건물 일체형 태양전지는 건물의 특색과 도시의 미관 등 심미적 요인도 중요하기에 다채로운 색상의 태양전지 개발 연구가 이뤄져 왔다. 기존 컬러 태양전지는 태양광 흡수층의 흡수율을 제어해 효율이 낮아지거나 또는 복잡한 광학설계 및 공정방식으로 인해 대형화 및 비용절감에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 딱정벌레 표피의 미세 나선구조에 의해 나타나는 빛반사 현상을 모사한 색반사 필름을 개발했다. 단일층 액정 소재의 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하지만 액정의 자가조립을 이용한 나선구조를 유도, 반사율 100%의 초반사 필름을 제작한 것이다. 딱정벌레 표면에서의 높은 반사율이 두 장
한화솔루션 큐셀 부문(이하 한화큐셀) 컨소시엄이 12월 23일 한국에너지기술평가원과 '고내구성을 갖춘 고효율 페로브스카이트-결정질 실리콘 탠덤 태양광 셀 기반 모듈 공정 기술개발' 과제 수행 협약을 체결했다. 한화큐셀 컨소시엄은 올해 말부터 3년 간 이 국책과제에서 차세대 셀 기반 대면적 모듈 공정 및 설비 기술과 소재 상업화 연구를 진행한다. 또한 이번 과제를 통해 중소기업 및 학계와 태양광 소재 부품 장비의 상생을 위한 생태계 조성에도 기여할 계획이다. 태양광 모듈은 전기를 생산하는 자재로 태양광 셀을 모아 만든다. 한화큐셀은 지난해 12월에 차세대 태양광 셀로 주목 받는 '페로브스카이트 기반 탠덤 셀'을 개발하는 국책과제의 연구기관으로 선정되어 중소기업 및 학계와 공동 연구 중에 있다. 차세대 태양광 기술로 주목받고 있는 '페로브스카이트 기반 탠덤 셀'은 기준 실리콘 태양광 셀 위에 페로브스카이트를 쌓아 만드는데, 이론 한계 효율이 44%로 기존 실리콘계 태양광 셀의 한계 효율인 29%를 크게 상회한다. 한화큐셀 컨소시엄 관계자는 "차세대 태양광 셀과 모듈의 선도적 상업화는 태양광 소재 부품 장비 산업을 포함한 한국 태양광 생태계에 큰 기회가 될 것"이
헬로티 이동재 기자 | 산업통상자원부 주관하는 알키미스트 프로젝트 최종 수행기관으로 선정 UNIST 연구팀이 지난 8일 산업통상자원부 주관 알키미스트 프로젝트의 최종 수행기관으로 확정됐다. 연구팀은 신재생에너지 부분 알키미스트 프로젝트 최종 과제 수행자로 선정돼 향후 5년 간 100억원을 지원받게 된다. 연구팀은 효율 35%의 슈퍼태양전지 개발에 도전한다. 상용 실리콘 태양전지의 이론 효율 한계인 30%를 훌쩍 넘는 전지 개발에는 탠덤기술이 쓰일 예정이다. 탠덤기술은 실리콘태양전지 위에 페로브스카이트 박막 태양전지를 결합하는 기술이다. 이를 위해 실리콘 태양전지 전문가인 최경진 교수, 페로브스카이트 태양전지 분야의 세계적 석학인 석상일 교수를 비롯한 UNIST 신소재공학과 송명훈 교수와 에너지화학공학과 양창덕 교수 연구진이 모였다. 연구팀은 초고효율 슈퍼태양전지 개발과 더불어 태양전지 상용화의 3대 조건이라 불리는 장기 안정성과 가격경쟁력 향상을 위한 연구도 동시에 수행할 예정이다. 소재 기술, 대면적화 공정, 모듈화 요소 기술, 일체형 장비 개발 연구 등이다. 연구에는 KETI, KIST, 주성엔지니어링, ENF테크놀러지와 같은 유수의 연구소, 기업들이 힘
헬로티 이동재 기자 | 태양광 과산화수소 전환 효율 세계 최고 기록·다양한 인공광합성 응용.. Nat. Commun. 게재 광전극에 햇빛을 쪼여 과산화수소를 생산하는 기술이 새롭게 개발됐다. 복잡한 화학공정을 대신해 친환경적으로 과산화수소를 생산할 수 있는 기술로 주목받고 있다. UNIST 에너지화학공학과 장지욱 교수팀이 페로브스카이트 기반 과산화수소 생산 광전극 시스템을 개발했다. 태양에너지를 받아 물 속에서 환원된 산소가 물과 반응해 과산화수소(H2O2)가 되는 원리다. 이 시스템은 세계 최고의 태양광 과산화수소 전환 효율을 기록했을 뿐만 아니라 물에 약한 페로브스카이트를 썼음에도 내구성이 좋다. 공업 원료인 과산화수소는 수소를 대체할 친환경 에너지 자원으로도 꼽힌다. 농도 60%의 과산화수소수는 압축된 수소보다 단위부피당 낼 수 있는 에너지가 크고, 저장과 수송에 유리하다. 그러나 현재 과산화수소를 대량 합성하는 공정은 복잡하고 귀금속과 유기물질을 사용해 비용문제와 더불어 안전 문제도 있다. 대안으로 인공광합성 기술의 하나인 광전극 과산화수소 생산방법이 주목받고 있지만, 광흡수 성능이 뛰어나면서도 오래 쓸 수 있는 광전극 개발에 어려움이 있다. 장 교수
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 고체산화물 연료전지의 핵심인 고성능 촉매를 새롭게 개발했다. 연구를 수행한 대학은 연료를 가리지 않고 전기를 생산하는 고체산화물 연료전지의 상용화가 한걸음 더 가까워졌다고 자평했다. UNIST가 에너지화학공학과 김건태 교수 연구팀이 고성능 복합 용출 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다. 용출은 촉매 입자 내부의 금속 나노입자가 표면으로 올라오는 현상으로, 표면으로 올라온 철 나노입자는 촉매 성능을 높이고, 촉매끼리 뭉치는 문제도 막는 역할을 한다. 연료전지는 수소나 탄화수소만으로 물과 전기를 만드는 친환경 발전장치다. 특히 고체산화물 연료전지는 생산이 까다로운 수소 대신 탄화수소를 쓸 수 있고, 발생된 폐열도 재활용할 수 있다는 장점이 있다. 연료전지는 탄화수소와 산소 간 화학반응을 촉진하는 촉매가 그 성능을 결정하는 만큼, 고성능 촉매의 개발이 필수적이다. 용출이 가능한 촉매는 망간 금속계와 철 금속계로 나뉘는데 철 금속계 자체의 성능은 망간 금속계에 비해 뛰어나지만 철 입자를 용출시키는 것이 어려웠다. 김 교수팀은 기존 용출 촉매보다 철 나노 입자가 촉매 표면에 더 작고 균일하게 올라올 수 있는 촉매를 개발했다. 연구팀은
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 기존 반도체 소자의 소비전력 및 정보밀도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 전자소자인 멤커패시터 및 멤컴퓨팅 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이상한 교수 연구팀은 반도체의 기본 소재로 활용되는 페로브스카이트 재료의 격자 변형을 이용해 유전상수를 단계적으로 조절하는 데 성공했다. 유전상수는 재료의 고유한 성질이지만 유전체 재료에서 이러한 유전상수가 조절된다면, 메모리소자의 저장단계가 조절 가능하므로 기존 반도체 소자의 소비전력 및 정보밀도를 획기적으로 개선할 수 있다. 페로브스카이트(ABO3) 구조의 일부 유전재료에서 격자변형에 따라 상유전성에서 강유전성으로 상전이 될 수 있음이 최근 이론계산 논문들을 통해 보고됐다. 그 중에서도 SrMnO3 (SMO)는 격자 변형에 따라 강유전성뿐만 아니라 강자성으로의 다중상변이가 가능한 재료이며, 이러한 두 강성의 강력한 조합은 차세대 다중메모리소자로써 활용 가능성이 높은 재료로 각광받아 왔다. 그러나 기존의 선행연구들에서 이러한 재료를 실험적으로 구현했을 때, 격자 변형에 따른 큰 누설전류 및 구조적 결함 발생으로 인해
헬로티 이동재 기자 | UNIST 에너지화학공학과 석상일 특훈 교수팀이 박막 태양전지 구성층 사이에 집중된 결함을 최소화할 수 있는 중간층의 생성 원리를 밝혀내고, 이를 페로브스카이트 태양전지에 적용해 25.8% 효율을 갖는 전지를 개발했다. 이번 연구로 개발된 전지의 효율은 전 세계에 논문으로 공식 보고된 전지 중에서도 최고 수준이다. 미국 재생에너지연구소에서 인증받은 공인 기록도 25.5%로 가장 높다. 이 중간층은 박막형태 이종소재 구성층 사이에서 완충재 역할을 해 결함을 획기적으로 줄인다. 결함은 내구성뿐만 아니라 전자의 흐름을 방해해 효율도 떨어뜨린다. 특히 구성 원소와 원자가 배열된 모양 자체가 다른 이종 소재가 맞닿는 지점에서는 배열이 찌그러져 원자가 빠지는 등의 결함이 쉽게 생긴다. 구성층끼리 약한 물리적 결합으로만 연결되기 때문이다. 연구팀은 전자전달층과 페로브스카이트 광활성층간에 생성된 이 중간층 물질을 실험을 통해 입증했다. 확인 결과 이 물질은 전자전달층과 광활성층을 원자 수준에서 결함 없이 연결했다. 포항가속기연구소 X-선 빔라인 등을 실험에 활용했다. 이러한 중간층은 전자전달층의 주석 성분 덕분에 만들어졌다. 주석(Sn)은 2가 양이
헬로티 이동재 기자 | 후처리 필요 없는 간단한 용액 공정으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율을 실리콘 태양전지 효율에 가깝게 향상시킨 연구결과가 나왔다. 한국연구재단은 신현정, 박남규 교수(성균관대학교) 연구팀과 박종혁 교수(연세대학교) 연구팀이 페로브스카이트 이종접합 구조에서의 전하거동 특성을 제어한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 제안했다고 밝혔다. 태양전지의 광전변환효율은 광흡수층으로 쓰이는 페로브스카이트 박막 표면의 결함을 얼마나 보완하고 제어할 수 있는지가 관건이다. 표면의 납 및 요오드 계열의 결함 등이 광흡수를 통해 만들어낸 광전하들을 가두는 트랩으로 작용해 광전변환 효율을 떨어뜨리기 때문이다. 연구팀은 광전변환 능력이 부족한 2차원 구조의 페로브스카이트와 광흡수층으로 사용하기에 적절한 밴드갭을 가지는 3차원 구조의 페로브스카이트를 접합하고자 했다. 기존에도 2차원 및 3차원 페로브스카이트를 접합하려는 시도가 있었으나, 2차원 물질의 높은 생성 에너지로 인해 열처리 혹은 압력을 통한 후 공정이 요구되는 한계가 있었다. 이를 위해 연구진은 열을 가하는 후처리를 생략할 수 있도록 자발적으로 2차원 평면 페로브스카이트 구조를 형성하기에 적합한 분
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 현재까지 보고된 페로브스카이트 기반 광전극 중 가장 높은 효율과 안정성을 보이는 광전극을 개발했다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이광희·이상한 교수 연구팀은 유기금속 할라이드 페로브스카이트(이하 페로브스카이트) 태양전지에 나노구조의 이황화몰리브덴 촉매를 결합GO 값비싼 백금 없이도 효율적인 수소 생산이 가능한 기술을 선보였다. 페로브스카이트를 이용한 광전기화학 물분해는 페로브스카이트 자체가 수분에 취약해 안정성이 떨어지고, 값비싼 백금 촉매가 필요해 비용도 높아 상용화가 어려웠다. 따라서 값이 싸고 안정적이며 백금의 높은 효율을 대체할 수 있는 저비용, 고효율, 고안정성의 수소 생성 반응용 촉매와 페로브스카이트 광전극의 촉매 개발이 필요했다. 연구팀은 물리적 증착 방법인 펄스드 레이저 증착법을 이용해 대표적인 백금 대체 수소 생성 반응용 촉매 중 하나인 이황화 몰리브덴(MoS2)을 페로브스카이트 보호층(티타늄 포일) 위에 제작했다. 연구팀이 개발한 페로브스카이트 광전극은 MoS2의 높은 안정성과 효율 덕분에 기존의 백금 촉매의 쉬운 박리현상으로 인한 광전극의 빠른 초기 성능 저하를 성공적으로 방지했고 현재까지 보
헬로티 임근난 기자 | 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 10월 수상자로 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 양창덕 교수를 선정했다고 밝혔다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 양창덕 교수가 다양한 초고성능 유기반도체 소재와 소자 제작기술을 확보하고, 효율성과 안정성을 동시에 갖춘 페로브스카이트 태양전지를 개발하여 차세대 반도체 기반 미래산업의 발전과 국가 경쟁력 강화에 기여한 공로를 높게 평가했다고 선정 이유를 밝혔다. 페로브스카이트는 하나의 음이온과 두 개의 양이온이 결합해 규칙적인 입체구조(결정)를 갖는 물질로 높은 에너지 전환효율과 저렴한 가격으로 차세대 유-무기 하이브리드 반도체의 핵심소재로 꼽힌다. 인공지능(AI), 자율주행, 사물인터넷, 디지털의료 등 4차 산업혁명의 근간이 되는 반도체 기술의 패권 경쟁이 갈수록 치열한 가운데 10월 반도체의 날을 맞아 차세대 유기 반도체 소재와 장치 개발에 매진해온 양창덕 교수의 수상이 더욱 뜻깊다. 양창덕 교수는 페로브스카이트 태양전
헬로티 이동재 기자 | 건국대는 공과대학 이만종 교수(화학과) 연구팀이 습윤 환경에서도 차세대 태양전지인 페로브스카이트 태양전지를 제작할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 지난 6일 밝혔다. 페로브스카이트가 엄격한 환경에서 제조해야 한다는 제한은 그동안 설비투자 비용면에서 큰 부담 요인이었다. 이번 연구 결과는 설비 투자 비용이 많이 드는 드라이룸 또는 질소 글러브박스 없이 태양전지를 제작할 수 있음을 보여줘 상용화 가능성을 높였다. 페로브스카이트 태양전지는 실리콘이 아닌 페로브스카이트 물질을 광흡수층으로 사용한다. 최고 효율이 높고 비교적 간단한 용액법으로 제작할 수 있는 장점이 있으나 제조 설비 등이 상용화의 과제로 남아있다. 특히 높은 습도에서는 전구체 용액이 수분과 결합하면서 고품위 페로브스카이트 결정 형성을 방해하기 때문에 습도가 낮은 드라이룸을 설치해야 했다. 이만종 교수 연구팀은 고효율 페로브스카이트 태양전지를 일반 습윤 대기 환경(상대습도>40%)에서 제작할 수 있는 새로운 반용매 세척법을 개발했다. 연구팀은 습도에 따른 영향을 상쇄하기 위해 서로 상보적인 낮은 증기압 특성과 낮은 끓는점 특성을 갖는 다이부틸에터와 다이에틸에터가 혼합된 반
헬로티 김진희 기자 | 국내 대학 연구팀이 고가의 원소를 포함하지 않아도 세계 최고 발전 효율을 갖는 ‘열전 신소재’ 개발에 성공했다. 전 세계적으로 생산된 에너지의 65% 이상은 사용되지 못하고 열로 사라지는데, 이를 ‘폐열’이라 부른다. 전력 생산은 절대적으로 화석연료에 의존하는데 꾸준히 발생하는 다량의 폐열을 사용 가능한 형태의 에너지로 회수하는 것은 현재 직면한 에너지, 환경 문제에 대처하기 위해 매우 중요하다. 열전 기술은 열에너지를 전기에너지로 직접 변환할 수 있고 간단한 반도체 소자에 구현되기 때문에 어떠한 기계적 소음 및 진동, 유해한 화학물질을 발생시키지 않는다. 이에 열전 기술은 에너지, 환경 문제에 동시 대처할 수 있는 첨단 기술로 꼽혀왔다. 실제로 미국이 두 차례 발사한 화성탐사선의 주 에너지원은 열전이었으며, 맷 데이먼이 주연한 영화 ‘Martian’에서도 화성탐사차량의 에너지원으로 소개된 바 있다. 그러나 지금껏 개발된 고성능 소재들은 유독한 납이나 희귀한 텔루륨 등의 원소를 포함하며, 낮은 발전 효율로 상용화가 어려웠다. 정인 서울대 화학생물공학부 교수팀은 주석(Sn)과 셀레늄(Se)에 기반한 초고성능 다결정 소재를 개발해 이런 문
헬로티 이동재 기자 | UNIST와 호주 연방과학기술원 연구진이 인공지능(AI)을 유기 태양전지 개발에 접목한 기술을 선보였다. 해당 기술은 유기 태양전지를 비롯한 다양한 인쇄형 광전 소자 개발 연구를 가속화할 새로운 연구 방법으로 주목받고 있다. UNIST 에너지화학공학과 김진영 교수팀과 연방과학기술원 박두진 박사팀은 고성능 유기 태양전지 생산에 필요한 재료 성분비와 적층 두께 등을 예측하는 모델을 개발했다. 예측모델은 인공지능의 한 분야인 머신러닝 기술을 활용해 만들었다. 인공지능(머신러닝) 학습에 필요한 데이터 셋은 롤투롤(roll to roll, 원통막대에서 풀려나가는 기판 위에 유기 태양전지 재료를 인쇄한 뒤 이를 다시 다른 원통막대에 감아내는 공정방식) 공정으로 유기 태양전지를 대량 제조함으로써 쉽게 확보할 수 있었다. 유기 태양전지는 유기물, 첨가제 등이 섞인 용액을 기판 위에 코팅해 만든다. 가벼우면서도 유연한 필름형태로 만들 수 있고 값도 싸서 차세대 태양전지로 꼽힌다. 상용 태양전지 대비 낮은 효율이 문제지만 최근 다성분 유기 태양전지가 개발돼 전지 효율도 높아졌다. 하지만 다성분 유기 태양전지가 개발되면서 최적화 작업은 더 까다롭게 됐다.
헬로티 이동재 기자 | DGIST 연구팀이 균일한 입자 크기를 갖는 페로브스카이트 양자점을 획득해 양자점 태양전지의 성능을 향상시킬 수 있는 원천 기술을 개발했다. 에너지융합연구부 김영훈 박사와 에너지공학전공 최종민 교수 공동연구팀이 연구한 균일한 입자 크기를 갖는 페로브스카이트 양자점은 박막 및 소자 제작 과정 중에 열처리가 전혀 필요 없어, 향후 플렉시블-웨어러블 태양전지 소자 구현, 고색순도·고발광의 발광 다이오드 소자 분야 등 다양하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 최근 태양전지에 대한 관심이 높아지며 넓은 영역에서 뛰어난 빛 흡수 능력을 갖는 양자점을 이용한 태양전지 연구가 활발하다. 특히 양자점은 차세대 태양전지의 핵심 소재로, 입자 크기에 따라 소재의 빛 흡수율과 발광 능력을 결정하는 ‘광학 밴드갭(Optical bandgap)’을 자유자재로 조절할 수 있다. 그 중에서도 가장 높은 효율을 가진 페로브스카이트 양자점 태양전지 제작을 위해 고품질의 페로브스카이트 양자점 합성은 필수적이다. 이때, 합성과정에서 사용된 잔여 전구체 및 리간드 등의 화학물질을 제거해 페로브스카이트 양자점만 선별하는 정제 과정이 필수이지만 정제에 사용되는 안티용매(An
[헬로티] 국내 연구진이 양자점 입자의 밝기와 파장을 자유자재로 조절하는 데 성공했다. 연구진이 사용한 방식은 디스플레이 소자에 쓰이는 양자점(퀀텀닷) 입자 하나를 초미세 탐침으로 눌러 밝기와 파장을 조절하는 방식이다. 이번 연구로 더욱 얇고 소비전력도 낮은 TV 등에 쓰일 차세대 양자점 디스플레이 소자 개발에 도움이 될 것으로 기대된다. UNIST 물리학과 박경덕 교수와 성균관대 에너지과학과 정소희 교수 공동연구팀은 페로브스카이트 양자점 입자 하나가 내는 빛의 밝기와 파장을 자유자재로 조절하는 데 성공했다. ‘능동형 탐침증강 광발광 나노현미경’의 탐침으로 페로브스카이트 양자점에 높은 압력을 가해 구조적 변형을 유도함으로써 양자점 빛의 밝기와 파장을 바꾸는 기술을 썼다. 특히 해당 기술로 양자점의 밝기를 10만배 이상 밝게 만들 수 있어 초고휘도(밝기) 디스플레이에 응용할 수 있다. 양자점은 수 나노미터(nm, 10-9m)의 수준으로 작은 반도체 입자다. 스스로 특정 색의 빛을 낼 수가 있어 빛을 쏴주는 백라이트나 컬러필터가 필요가 없어 더욱 얇고 가벼운 TV, 휴대폰 액정 등을 만들 수 있다. 그러나 일단 양자점이 합성된 이후에는 밝기나 색깔 같은 발광 특
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