룩셈부르크 대학, 스피터 공정으로 태양전지 새로운 길 제시

가스플라즈마 추가해 전도성과 투명도 두 마리 토끼를 잡다!

지 준 영 기자

태양광발전은 석유, 원자력과 달리 무한한 데다, 안전해 차세대 에너지원으로서 각광 받고 있다.그러나 종래의 발전 수단에 비해 낮은 효율성에 발목이 잡힌 상황이었는데, 최근 룩셈부르크 대학과 일본의 전자회사 TDK의 과학자들이 주목할 만한 연구 결과를 발표했다. 이 연구팀의 성과는 태양전지가 더 많은 에너지를 이용해 종래보다 더 많은 전류를 만들 수 있게 할 수 있기에, 주목할 만한 가치가 있다.

이번 연구에는 태양광발전연구실의 마테 할라(Mat?j Hala) 박사와 TDK 소속 과학자인 쇼헤이 후지이(Shohei Fujii), 유카리 이노우에(Yukari Inoue)등이 참여했는데, 연구실의 책임자인 수잔 시에벤트리(Susanne Siebentritt) 교수는 이 발견에 대해 “태양전지 뿐만 아니라, 다른 기술적 관점으로 살펴봐도 대단한 결과”라고 강조했다.

이는 적외선 영역에서 더욱 투명해진 전도성 산화막과 연관되어 있는데, 사실 이전에 이런 시도가 없었던 것은 아니다.

하지만 공기중에서 안정적으로 단일 단계 공정을 통해 산화막이 제조된 것은 전례가 없는 일이다. 심지어는 1년 반 동안 공기에 노출되었지만 전도성은 예전 상태를 그대로 유지하고 있었다.

투명 전도성 산화물은 여러 장치에 이용되고 있는데 LED, 태양전지, 광검출기 및 터치스크린과 같은 장비가 그 예이다. 이는 현재까지 알려져 있는 가장 우수한 전도체인 금속의 특징과 투명하지만 전도성이 없는 유리 같은 산화물의 특성이 결합된 굉장히 특이한 물질이다.

LED, 태양전지, 터치스크린의 예에서 알 수 있듯이, 이 박막은 전도성을 갖추되 투명해야 하는데 이 때문에 특성한 불순물을 첨가해 정밀한 과정을 거쳐서 제작된다.

이 과정에서 사용되는 대표적인 물질이 알루미늄이 첨가된 산화아연인데, 문제는 알루미늄에서 산화아연으로 옮겨간 자유전자들은 적외선 빛을 흡수해 결과적으로 박막을 통과하는 태양에너지의 양이 적어진다는 것이다.

그런데 이 연구는 스피터 공정이라는 가스플라즈마를 추가하는 새로운 길을 개척했다. 이로써 산화아연은 종래의 공정에 비해 더 높은 전도성을 보여줄 수 있게 되었고, 그 결과 알루미늄이 없어도 전도성을 유지하게 되었다.

다시 말해 전도성은 알루미늄이 있는 경우와 비슷하지만, 적외선 영역에서의 투명도는 더 높아져 종래보다 효율적인 태양전지를 만들 수 있는 길이 열린 것이다.

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