[녹색기술정보포털] 미국, 광전 변환 효율을 약 100배 향상한 태양전지 개발

미국, 광전 변환 효율을 약 100배 향상한 태양전지 개발 스탠포드 재료 에너지 연구소(Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SIMES)의 연구진은 기존 태양전지보다 광전 변환 효율이 약 100배 향상된 태양전지를 개발하였다. 연구진은 ‘광자 향상 열 이온 방출 기술(Photon Enhanced Thermionic Emission, PETE)’을 태양전지에 적용하여 광자(photon)가 반도체 표면에 충돌했을 때 전기에너지뿐만 아니라 태양열도 수확(harvest)한 관련 연구 결과를 Nature Communications지에 게재하였다. 연구진은 ‘광자 향상 열 이온 방출 기술’이 적용된 태양전지의 효율을 수백분의 1%에서 거의 2%까지 증가시켰으며, 이 기술은 집광형 태양전지 효율을 높이는 데 사용할 수 있다. 집광된 태양광은 반도체 음극(semiconductor cathode)을 섭씨 400도 이상으로 가열한다. 광여기된 열전자(Photoexcited hot electrons)는 음극에서 아래쪽인 양극(anode)으로 이동하여 직류 전류로 저장된다. 추가적인 태양광과 열은 양극 아래 부분에 모이는데, 이를 이용하여 발전용 증기 터빈 또는 스털링(Stirling) 엔진을 가동시킨다. 기존 태양전지는 태양광 스펙트럼(spectrum)의 일부를 전기에너지로 변환하지만, ‘광자 향상 열 이온 방출 기술’을 적용한 태양전지는 전기를 생산하기 위한 특정 반도체 칩을 사용하여 태양광 스펙트럼의 전 영역을 전기 또는 열에너지로 변환하였다. 대형 태양광발전소에 ‘열 이온 방출 기술’을 적용하면 전력 생산량이 약 50% 증가할 것으로 예상된다. 스탠포드 재료 에너지 연구소의 Melosh 조교수는 ‘광자 향상 열 이온 방출 기술’을 적용한 칩을 태양광이 집광되는 곳에 두면 전기를 생산할 수 있으며, 온도가 올라갈수록 전기 생산량이 증가할 것이라고 말했다. ‘광자 향상 열 이온 방출 기술’을 적용한 태양전지 칩은 두 개의 반도체 물질을 겹친 샌드위치 구조로 되어 있으며, 두 개의 반도체 물질 중에서 태양광 흡수에 최적화된 물질은 수명이 긴 자유 전자를 생성하고 다른 물질은 생성된 자유 전자를 방출하도록 설계하였다. 연구진은 반도체 표면에 산화세슘(cesium oxide)을 코팅하여 소자에서 전자의 통과를 용이하게 하고, 바륨(barium)이나 스트론튬(strontium)을 반도체 표면에 코팅하여 표면을 섭씨 500도 이상에서도 견딜 수 있는 방법을 연구할 계획이다. 출처 : http://phys.org/news/2013-03-materials-scientists-solar-energy-chip.html 원문제목 Materials scientists make solar energy chip 100 times more efficient 국가 미국 발행일 2013-03-20 등록일 2013-03-25 정보제공기관 한국과학기술정보연구원(GTB)