마틴 루터 대학교 할레 위튼버그(MLU)의 연구원들은 연구를 통해 3가지 다른 재료를 주기적으로 배열하여 태양 전지에서 100배 더 많은 전력을 생산할 수 있다고 밝혔다. 이들이 사이언스 어드밴스지에 개제한 연구에 따르면 바륨 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 그리고 티탄산칼슘의 결정 층을 만들어 태양 전지의 효율을 크게 높일 수 있다고 밝혔다.

대부분의 태양 전지는 현재 실리콘 기반으로, 효율이 제한적이라는 단점이 있다. 이로 인해 연구자들은 바륨과 티타늄으로 만들어진 혼합 산화물인 티탄산바륨과 같은 새로운 물질을 조사했고, 연구 결과 물질이 양극과 음극을 분리하는데 성공했다. 연구진은 충전 분리는 빛으로부터 전기를 발생시킬 수 있는 비대칭 구조로 이어진다고 설명했다. 실리콘과 달리 강유전 결정은 광전 효과를 내기 위해 양극과 음극 접합을 필요로 하지 않으며, 이는 태양 전지판을 만드는 과정을 훨씬 더 용이하게 바꿀 수 있다.

그러나 순수 티탄산바륨은 햇빛을 많이 흡수하지 못하여 결과적으로 상대적으로 낮은 광전류를 생성한다. 최근의 연구는 서로 다른 물질들의 극도로 얇은 층을 결합하면 태양 에너지 수율을 상당히 증가시킨다는 것을 보여주었다.

연구진은 강유전층이 1개뿐 아니라 2개의 서로 다른 파라전기층과 교대로 움직이면 태양광 효과가 크게 높아진다는 사실을 발견했다. 이 연구의 첫 저자인 MLU의 박사과정 학생인 윤예슬은 "우리는 티탄산 스트론튬과 티탄산칼슘 사이에 티탄산바륨을 내장했다"고 설명했다. 이는 고출력 레이저로 결정체를 기화시킨 뒤 캐리어 기판에 재증착하는 방식으로, 이를 통해 연구진은 두께 200나노미터 정도의 500겹의 소재를 만들었다.

이제 광전 효과가 두드러지는 원인이 정확히 무엇인지 알아내기 위한 추가 연구가 이루어져야 하는 한편, 연구진은 새로운 개념으로 증명된 잠재력이 태양 전지판에서 실용적인 용도로 사용될 수 있다고 확신하고 있다.


황병만 글로벌이코노믹 기자 bmhwang@g-enews.com