최근 샤먼대학 물리기계전기공정학원 캉쥔융(康俊勇) 교수 과제팀은 신형 태양전지 개발에 성공했다. 산화아연과 셀렌화아연이라는 두 가지 와이드 밴드갭 반도체 재료를 태양전지에 활용함으로써 태양전지의 성능을 크게 안정시키고 수명을 연장시켰다. 이는 세계 최초로 와이드 밴드갭 반도체를 태양전지에 응용한 사례이며, 이 성과는 최근 영국 왕립화학회의 <재료화학>저널에 발표되어 세계적인 주목을 모았다.

와이드 밴드갭 반도체란 실내 온도에서 밴드갭이 2.0eV보다 큰 반도체를 말한다. 물리화학에서 보면 밴드갭이 넓을수록 물리화학적 특성이 안정되고 방사선 저항력이 좋아지며 수명도 길어진다. 반면에 밴드갭이 짧으면 밴드갭 반도체소재의 태양광 흡수가 적고 광전 변환효율이 낮다. 이 '치명적인 단점' 때문에 와이드 밴드갭 반도체소재는 그동안 태양전지 발전에서 핵심구조가 아닌 전극으로 활용되었다.

최근 태양전지에서 실리콘계 태양전지가 많이 응용되고 있으나 수명이 짧은 문제점을 안고 있다. 이에 대응해 2005년부터 샤먼대학 반도체광자학센터의 전문가들은 안정적인 물리화학적 특성을 지니며 방사선 저향력이 뛰어나고 수명이 긴 와이드 밴드갭 반도체에 눈길을 돌리고 '와이드 밴드갭 반도체의 태양전지에서의 응용' 연구에 주력해왔다.

심층 연구를 거쳐 과제팀은 '전환'을 제한하는 두 가지 난제를 발견했다. 하나는 광전류를 형성하는지의 여부이고, 다른 하나는 와이드 밴드갭 반도체의 흡광도를 높일 수 있는지의 여부이다.

과제팀은 광전자의 흐름을 위해 와이드 밴드갭 반도체재료인 산화아연과 셀렌화아연을 태양전지의 재료로 선정하여 전류를 흐르게 했다.

흡광도의 경우 과제팀은 기존의 제조방식을 바꾸어 제어여건을 통해 산화아연과 셀렌화아연의 응집 성장을 실현하고, 최초로 신형 양자구조를 형성했으며, 와이드 밴드갭 반도체의 밴드갭을 대폭 줄이고 태양흡수 범위를 넓혔다. 또 스택모양의 박막 형태를 여러 갈래의 동축선 형태로 전환시켰는데, 동축선의 길이는 200nm에 불과하다. 이에 따라 태양 흡수면적이 대폭 증가하고 흡광도 역시 높아졌다.

정보출처 : http://www.stdaily.com/kjrb/content/2011-05/15/content_305102.htm