국민대학교 신소재공학부 이성민 교수가 주저자로 참여하고, 미국 University of Southern California의 윤종승 교수, 벤더스키 교수팀과 공동으로 진행한 ‘나노광기술 기반의 고효율 플렉시블 태양전지 개발 연구’를 나노과학기술 분야 세계 저명 학술지인 ACS Nano (Impact Factor 13.334)에 4월 12일자 온라인판에 게재하였다. (논문명 : Synergistically Enhanced Performance of Ultrathin Nanostructured Silicon Solar Cells Embedded in Plasmonically Assisted, Multispectral Luminescent Waveguides) ACS Nano는 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 SCI 학술지로, JCR기준 Nanoscience&Nanotechnology 분야 4위에 랭크되어있다. 

태양전지는 태양광에너지를 이용가능한 전기에너지로 변환하는 친환경 에너지발전 소자로, 특히 플렉시블 실리콘 태양전지는 높은 재료 안정성 및 낮은 가격과 더불어 초경량, 내파괴성, 플렉시블 동작 등 우수한 특성들을 갖고 있어 차세대 에너지발전 소자로 주목받고 있다. 하지만, 플렉시블 형태로 소자를 구현하기 위해서는 수 마이크로미터 두께로의 박막화가 필수적인데, 이에 따라 광흡수율이 감소하여 높은 광전변환효율을 얻기 어렵다는 단점이 발생하였다. 

본 연구팀은 이러한 플렉시블 실리콘 태양전지의 낮은 효율을 개선하기 위해 나노광기술을 적용하는 연구를 진행하였다. 나노미터 크기의 돌기를 태양전지 표면에 제작하여 회절(diffraction)을 통한 광가둠(light-trapping) 효과로 광흡수를 극대화하였고, 또한 나노플라즈모닉(nanoplasmonic) 금속막과 업컨버전/다운시프팅(upconversion/downshifting) 나노발광입자들로 이루어진 다중발광파장 광집적 도파로(multispectral luminescent solar concentrator)를 세계 최초로 개발하여 플렉시블 실리콘 태양전지에 도입, 광전변환 절대효율을 약 4% 이상 향상시키는 결과를 얻어내었다. 본 연구의 기술 개념은 실리콘 태양전지 뿐 아니라 화합물반도체 태양전지, 유/무기 태양전지 등 다양한 종류의 태양전지 소자 효율 향상 기술에 적용가능하기 때문에 매우 높은 파급력의 기술로 평가받고 있다. 

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 해외우수연구기관 유치사업(센터장 이재갑 교수) 및 나노-소재기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.