전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 에너지

속보

더보기

태양전지도 ‘하이브리드’..사라지는 핫전자 잡아 효율 높여

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

국내 IBS 연구성과
페로브스카이트·나노다이오드 결합
초고효율 태양광 전환 소자 개발

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 세계 최초로 페로브스카이트를 이용한 핫전자 태양전지를 개발했다. 태양전지의 효율 한계를 극복할 초고효율 태양광 전환 소자 개발 가능성을 보여줬다는 평가다.

기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡) 박정영 부연구단장(KAIST 화학과 및 EEWS 대학원 교수)과 이효철 부연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀은 박남규 성균관대 교수팀과의 공동연구를 통해 이런 성과를 올렸다고 12일 밝혔다.

연구결과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’의 지난달 26일자 온라인판에 게재됐다.

(그림) 연구진이 개발한 페로브스카이트 핫전자 태양전지의 모습 : 연구진이 개발한 페로브스카이트 기반 핫전자 태양전지의 모습. 금 나노 다이오드 위에 페로브스카이트 소재를 얹은 구조다. 2019.08.12. [그림=IBS]

연구진에 따르면 태양전지의 효율이 이론적 최대 효율에 다다름에 따라 핫전자 기반 태양전지가 차세대 에너지 전환 소자로 주목받고 있다.

핫전자(Hot electron)는 빛에너지를 흡수했을 때 표면에 생성되는 고에너지의 전자로, 태양광을 전기에너지로 전환하는데 사용되는 매개체다. 흡수한 빛에너지가 상당량 손실되며 전기에너지로 전환되는 기존 태양전지와 달리 핫전자 기반 태양전지는 에너지 손실을 최소화한다는 장점이 있다.

문제는 핫전자가 수 피코 초(ps‧1조 분의 1초)만에 소멸하고, 확산거리가 수십 나노미터(nm‧10억 분의 1m)에 불과해 포집이 어렵다는 점이다.

연구진은 문제를 해결할 열쇠로 페로브스카이트 소재에 주목했다. 페로브스카이트 구조를 가진 물질에서 발생한 핫전자는 다른 물질에 비해 긴 수명과 확산거리를 갖고 있다는 점에 착안한 것이다.

페로브스카이트(Perovskite)는 두 종류의 양이온(A, B)과 한 종류의 음이온(X)이 ‘1:1:3’의 비율로 규칙적일 결정을 이루는 물질(ABX3)이다. 이 물질은 빛을 매우 잘 흡수하는 특성으로 인해 태양전지와 발광다이오드(LED) 등에 사용된다.연구진은 이산화티타늄(TiO2) 박막 위에 금 나노구조체가 놓인 ‘나노 다이오드’를 제작하고, 그 위에 페로브스카이트 소재(MAPbI3)를 쌓아 올린 형태의 태양전지를 제조했다.

개발된 페로브스카이트 핫전자 태양전지에 빛을 비추면 페로브스카이트와 금 나노구조체가 각각 핫전자, 즉 광(光)전류를 발생시켜 핫전자의 흐름이 크게 증폭됐다. 분석결과, 페로브스카이트만 단독으로 있을 때와 비교해 광전류가 최대 12배 증폭되는 것으로 나타났다. 효율이 12배 더 좋아진다는 의미다.

연구진은 나노 구조체가 빛을 흡수할 때 전자들이 집단적으로 강하게 진동하는 국소 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인해 효율이 향상되는 것이라고 설명했다. 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance)이란 나노미터 크기의 금속이 특정 파장의 빛을 흡수했을 때, 표면의 자유전자들이 집단적으로 강하게 진동하는 현상을 말한다.

이후 연구진은 전자의 움직임을 펨토 초(fs‧1000조 분의 1초) 단위로 분석하는 펨토초 시분해 분광법을 이용해 핫전자의 수명을 측정했다. 금 나노 구조체만 단독으로 있을 때 핫전자는 발생 2.87피코 초 만에 사라진다. 반면 페로브스카이트와 결합한 경우엔 62.38피코 초 가량 머물며 핫전자의 수명이 약 22배 길어졌다.

박정영 부연구단장은 “향후 핫전자의 소멸 및 포집시간을 조절하여 같은 양의 빛을 받아도 더 많은 전류를 발생시키는 초고효율 페로브스카이트 기반 핫전자 태양전지를 개발해나갈 계획”이라며 “핫전자는 차세대 친환경 에너지원 개발에 있어 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 말했다. 

 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
모텔 연쇄살인 피의자 신상 공개 [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 검찰이 강북 모텔 연쇄살인 20대 여성 피의자의 신상을 공개했다. 서울북부지검은 9일 신상정보공개심의위원회를 열고 강북 모텔 연쇄살인 사건 피의자 김소영(20) 씨 이름과 나이, 머그샷을 공개했다. 신상은 이날부터 오는 4월 8일까지 30일간 공개된다. [사진=서울북부지방검찰청] 강북 모텔 연쇄살인 피의자 20세 김소영 중대범죄신상공개법에 따라 검찰은 강력범죄 등 특정중대범죄 혐의가 있는 피의자를 신상정보공개심의위원회에 회부해 신상 공개 여부를 결정할 수 있다. 김씨는 지난해 12월 중순부터 지난달 9일까지 20대 남성 3명에게 벤조디아제핀계 약물이 든 음료를 건네 의식을 잃게 하거나 사망에 이르게 한 혐의(살인·마약류관리법 위반 등)를 받는다. 피해자들 중 2명은 숨졌고 1명은 치료를 받고 회복한 것으로 알려졌다. 김씨는 경찰 조사에서 병원에서 처방받은 약물을 숙취해소제에 타서 들고 다녔다고 진술했다. 또 남성들에게는 모텔 등에서 의견이 충돌해 이를 건넸다고 주장했다.  그러나 경찰은 김씨가 첫 범행 이후 약물 양을 늘렸다고 진술한 점, 휴대전화 포렌식 자료 등을 볼 때 사망 가능성을 충분히 인지했던 것으로 판단하고 상해치사가 아닌 살인죄를 적용해 지난달 19일 검찰에 송치했다. 경찰은 김 씨가 피해 남성으로부터 고급 식사 등을 제공받는 등 본인 경제력으로는 불가능한 경험을 할 기회로 삼은 것으로 보고 있다. 김씨가 사이코패스에 해당한다는 결과도 나왔다. 서울 강북경찰서는 김 씨에 대한 사이코패스 진단 평가(PCL-R) 결과 사이코패스에 해당한다는 판명 결과를 검찰에 송부했다.  사이코패스 진단검사는 냉담함, 충동성, 공감 부족, 무책임 등 사이코패스 성격적 특성을 지수화해서 도출한다. 총 20문항으로 이뤄졌으며 40점 만점이다. 통상 25점 넘으면 사이코패스로 분류되는데 김씨는 기준치 이상 점수를 받았다고 알려졌다. 한편 피해자로 추정되는 남성 2명이 추가로 드러나면서 경찰은 김 씨 여죄를 수사 중이다. calebcao@newspim.com 2026-03-09 14:40
사진
부정청약 등 혐의 이혜훈 집 압색 [서울=뉴스핌] 한태희 기자 = 이재명 정부 첫 기획예산처 장관 후보자로 지명됐다가 낙마한 이혜훈 전 국회의원의 아파트 부정청약 의혹 등에 대해 경찰이 압수수색에 나섰다. 9일 경찰에 따르면 서울경찰청 금융범죄수사대는 이달 초 이혜훈 전 의원 자택 등 5곳을 압수수색했다. [서울=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 이혜훈 기획예산처 장관 후보자가 23일 오전 서울 여의도 국회 재정경제기획위원회에서 열린 인사청문회에 참석해 있다. 2026.01.23 pangbin@newspim.com 이혜훈 전 의원은 장남 혼인 신고를 미뤄 부양가족수를 늘리는 소위 '위장 미혼' 방식으로 2024년 7월 반포 래미안 원펜타스 아파트 청약에 당첨됐다는 혐의를 받는다. 이와 관련 이혜훈 전 의원은 인사청문회 과정에서 "당시 장남 부부 사이에 문제가 있었고 많은 노력을 했지만 관계가 좋지 않았다"며 자녀 동거가 불가피했다는 취지로 설명했다. 이재명 대통령은 관련 의혹이 커지자 지난 1월 25일 장관 후보자 지명을 철회했다. 그밖에 이혜훈 전 의원은 보좌진 폭언 등 갑질 의혹, 자녀 입시 '부모 찬스' 의혹 등을 받는다. 서울 방배경찰서가 고발 사건 8건을 집중 수사하다가 서울경찰청 금융범죄수사대로 넘겼다. 경찰은 압수물 분석과 관련자 조사 후 이혜훈 전 의원을 소환할 예정이다. ace@newspim.com 2026-03-09 13:22
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동