DGIST·UNIST 공동연구팀, 친환경 태양전지 효율 향상 기술 개발

황화은비스무트(AgBiS2) 나노결정은 최근 친환경 태양전지 소재로 주목받고 있다. 기존의 고효율 태양전지는 납이나 카드뮴 같은 유해 중금속을 포함하고 있어 환경오염 문제가 있었지만, 황화은비스무트는 유독성이 없고 원료가 풍부하다는 장점이 있다. 그러나 일정 두께 이상으로 만들면 전기가 잘 흐르지 않아 효율이 급격히 떨어지는 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 연구진은 전기가 더 잘 흐를 수 있도록 특수한 혼합 구조의 박막을 개발했다. 쉽게 말해, 전기가 더 잘 흐를 수 있도록 재료를 섞어 층을 만든 것이다. 연구팀은 황화은비스무스 나노결정에 화학 처리를 가해 한 층에 서로 다른 성질(기증자, 수용자)을 부여했고, 이를 통해 내부에서 전기가 더 효율적으로 이동할 수 있도록 했다. 

그 결과, 기존보다 두 배 두꺼운 65nm(나노미터) 빛 흡수층을 만들어도 성능이 유지됐으며, 태양전지의 효율이 8.26%까지 향상됐다. 이는 스마트폰을 4~5번 충전하거나, LED전구를 2시간 이상 더 켤 수 있는 양에 해당된다.

DGIST 에너지공학과 최종민 교수는 “이번 연구는 AgBiS2 태양전지의 같은 층에서 기증자와 수용자가 함께 존재하게 함으로써 전하 확산 길이를 대폭 늘려 두꺼운 층에서도 성능이 유지되게 했다”며, “향후 이 친환경 기술이 다양한 고효율 태양전지에 적용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

한편 본 연구는 DGIST 에너지공학과 김해정·박진영, UNIST 최예진 석박사통합과정생의 주도로 진행된 DGIST 최종민, UNIST 권오훈 교수팀의 공동 연구결과다. 또한, 본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단(NRF)의 나노 소재 기술 개발 프로그램, 한국연구재단(NRF)의 기초연구실 과제 지원을 받아 수행됐으며 결과는 국제 학술지 'Advanced Energy Materials'에 2025년 2월19일에 게재됐다.