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광학 비대칭성 필름, 빛 손실 막아준다

나노패턴 이용한 빛 제어로 양방향 반투명 태양전지 효율 향상 실마리

광학 비대칭성 필름, 빛 손실 막아준다
기존 나노 패턴 구조(왼쪽)와 연구로 개발된 계층적 패턴 구조 기반의 필름(오른쪽)에서의 빛 경로를 보여주는 도식도


[산업일보]
얇은 금속전극 덕분에 투과성이 좋은 반투명 태양전지는 양방향으로 빛이 유입되는 장점이 있지만 그만큼 빛의 손실도 많아 빛으로부터 전기를 전환시키는 광전효율 향상의 한계가 있었다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 고두현 교수(경희대 응용화학과)ㆍ김선경 교수(경희대 응용물리학과) 공동연구팀이 반투명 태양전지에 부착하면 태양전지 효율을 45% 이상 향상시킬 수 있는 자연모사형 광학 비대칭성 필름을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 무반사 등 독특한 광학적 특성을 갖는 나방의 눈 등을 모사하여, 반구 표면에 수백 나노미터 크기의 작은 막대를 촘촘히 배열한 계층적 패턴을 지닌 필름을 고안했다.

패턴 위쪽으로 들어오는 빛의 반사를 줄이는 한편 아래쪽으로 투과 되는 빛은 다시 반사시키는 광학적 비대칭 특성을 가진 ‘빛 가둠 필름’을 개발하고 이를 양방향 반투명 태양전지에 적용시켰다.

단순부착만으로도 태양전지의 위에서 유입되는 빛의 반사는 막고 아래로 유출되는 빛의 반사를 도와 태양전지 내에 머물 수 있는 빛의 양을 늘린 것이다. 실제 이 필름을 부착하자 반투명 태양전지의 효율이 각각 실외광에서 13.49%, 실내광에서 46.19% 이상 증가했다.

빛의 종류(태양광 또는 실내조명)나 조사방향에 관계없이 빛의 흡수율과 효율 모두 높아진 것으로 나타났다. 때문에 낮에는 태양광으로 밤에는 실내조명으로 종일 구동이 가능한 태양전지에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편 간단한 표면처리로 필름표면을 소수성으로 바꾸면 태양전지 수명저하 요인인 수분과 먼지를 방지할 수 있다는 것도 장점이다.

건물 창이나 외벽에 쓰일 수 있는 고효율 창호형 태양전지나 디스플레이, 센서 등 각종 광전소자의 효율향상에 도움이 될 것으로 기대된다.

연구팀은 “제작된 양방향 빛가둠 필름을 적용한 반투명 태양전지는 창호형 또는 건물 통합 태양전지로서 심미적 그리고 미래 에너지원으로서의 가능성을 더욱이 확장시킬 것으로 판단된다”고 말했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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