우리 학과 문준혁 교수 연구진은 보석 ‘오팔’과 유사한 구조를 이용하여 고효율 태양전지 소자를 제작하였다. 이번 연구결과는 영국왕립화학회의 저명 학술지인 ‘나노스케일’ (Nanoscale) (impact factor 6.739)에 3월 12호에 게재(3월 12일 온라인 출판) 되었으며, 저널 표지(back cover)로 선정되었다.   
 보석 ‘오팔’은 광학적, 구조적으로 독특한 특징이 있다. 먼저, 오팔의 다채로운 색은 색소에 의한 화학적 색깔이 아니라 수백 나노미터 수준의 구형의 나노입자가 가지런히 배열되어 나타나는 빛의 주기적 반사에 의해 형성되는 구조적 색깔이다. 또한, 오팔구조는 구형의 입자가 밀집된 쌓임 구조를 가져 단위 부피당 표면적인 높은 특성이 있다.

 연구진은 이와 같은 오팔 구조의 다양한 장점을 모두 활용하는 태양전지 전극을 제작하였다. 연구진은 오팔구조를 갖는 상하부 두개 층의 전극으로 제작하여, 상층은 구조색을 나타내는 오팔구조로 제작하고, 하층은 수백나노미터가 아닌 수십나노미터의 기공을 갖는 오팔구조로 제작하였다. 이를 통해 고비표면적의 하층은 태양빛의 흡수를 극대화하고, 상층은 빛을 재반사하여 하층 전극의 재흡수를 극대화하여 고효율의 광전변환이 가능한 태양전지 전극을 제작하였다.   

 문준혁 교수는 “오팔 구조는 기존에 많이 활용되었으나 이번 연구에서는 다양한 입자크기의 복합 오팔구조를 제작하여 오팔구조의 다양한 장점 즉, 광학적, 기하학적 장점을 모두 활용하여 고효율 태양전지 전극구조를 제안하였다는데 의의가 있다.”고 말했다. 

 본 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 지원하는 나노·소재원천기술개발사업으로 수행되었다.

  

[복합 오팔 구조의 전자현미경 및 개념도 - 상층: 반사색 구현 오팔구조 / 하층: 고비표면적 구현 오팔구조]




[복합 오팔구조 광전극의 태양전지 개념도]


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http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2015/03/16/0200000000AKR20150316064200004.HTML?input=1195m