[인더스트리뉴스 최용구 기자] 충전율을 63.7%까지 높일 수 있는 ‘셀레늄 태양전지’를 덴마크 연구진이 개발했다. 이들 연구진은 레이저 어닐링(annealing) 기법을 이용해 셀레늄 기반의 태양전지를 제작했다.

덴마크 기술대학(Technical University of Denmark) 과학자들은 최근 ACS Publications에 ‘Laser-Annealing and Solid-Phase Epitaxy of Selenium Thin-Film Solar Cells(셀레늄 박막 태양전지의 레이저 어닐링 및 고상 에피택시’란 제목의 논문을 보고했다.

레이저 빔이 반투명 기판을 투과해 셀레늄 박막에 흡수된 상태 [사진=Technical University of Denmark]

논문의 주저자인 라스무스 닐슨(Rasmus Nielsen)은 “셀레늄 박막 태양전지에 대한 레이저 어닐링 전략의 잠재력을 조사했다”면서, “우리는 ‘기록적인 충전율’ 등 최첨단 장치 성능을 확인했다”고 밝혔다.

연구팀은 전지 제작과정에서 소다석회 유리 기판, 산화 주석(FTO), 산화티타늄(TiO₂)으로 구성된 전자 수송층 및 셀레늄 흡수제, 산화몰리브덴(MoOx), 금(Au) 등을 활용했다.

TiO₂ 박막은 기판 온도를 400℃로 가열한 후 Ti를 스퍼터링(Sputtering, 진공증착법 일종)시켜 만들었다. 셀의 경우 고진공, 고온(500℃) 등 환경을 유지하며 1시간 동안 어닐링했다.

어닐링은 경화된 합금을 가열해 연하게 만드는 처리법이다. 열처리로 장시간 온도를 높인 후 서서히 식히는 과정을 거친다.

태양전지 개략도 [자료=Technical University of Denmark]

레이저 어닐링 전략은 반투명 기판을 통해 셀레늄 흡수체를 조명하는 방식이다. 표면 거칠기로 인한 영향을 줄이고 입자를 키우는 효과를 낼 수 있다고 연구진은 설명했다.

연구진에 따르면 ‘표준 조명’ 조건에서 테스트한 결과, 셀은 5.0%의 전력 변환 효율과 63.7%의 충전율을 달성했다. 이상적인 다이오드 특성과 유사한 정도를 의미하는 ‘이상성 계수(ideality factor)’는 1.37에 도달했다.

라스무스 닐슨 박사는 “충전율 63.7%는 보고된 셀레늄 태양전지 중 가장 높은 값”이라며, “결정 입자의 정렬 상태와 평평한 표면 형태가 충전율을 향상시켰다”고 관측했다.

그는 “레이저 어닐링된 샘플의 충전율이 열적으로 어닐링된 대조 샘플보다 우수하다는 점에 주목할 가치가 있다”고 강조했다.

[최용구 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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