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표면으로부터 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있는 나노재료로 만들어진 차세대 무반사 코팅 덕분에, 태양전지의 효율이 조만간 크게 높아질지도 모른다.
지난 몇 년간 굴절률(refractive index)을 조절할 수 있는 재료들이 개발되었으며, 그러한 재료들은 태양발전 분야에 엄청난 잠재력을 보여주고 있다. 렌셀러공대(Rensselaer Polytechnic Institute) 전기컴퓨터시스템공학과의 프레드 슈버트(E. Fred Schubert) 교수는 새롭게 얻어진 이러한 통제능력을 이용할 방법을 연구하고 있으며, 10월 28일부터 11월 2일까지 열리는 제 59차 AVS 국제 심포지엄 및 전시회(AVS 59th International Symposium and Exhibition)에서 그 성과를 발표할 예정이다.
굴절률은 빛의 속력을 바꾸는 재료의 성질이며 그 재료를 통과하는 빛의 속도에 대한 진공에서의 광속의 비율이다. 광학재료의 가장 기본적인 특성들 가운데, 굴절률은 프레넬 반사(Fresnel reflection), 브래그 반사(Bragg reflection), 스넬 굴절(Snell refraction), 회절, 그리고 빛의 위상속도와 군속도와 같은 중요한 광학적 특성들을 결정한다. 공기나 그 밖의 가스들은 1.0에 매우 가까운 굴절률을 가지지만, 불행히도 박막 광전자 분야에는 실용적이지 않다. 박막 광전자 분야에 쓰기에 적합한 밀도가 높은 투명한 재료들 중에서, 불화마그네슘(MgF2)은 n=1.39라는 가장 낮은 굴절률을 갖고 있다. 이 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 가진 고밀도 재료는 아직 존재하지 않는 것으로 알려져 있다.
사실, 1.0과 1.39 사이의 범위는 여러 해 동안 미개척지로 남아 왔다. 그러나 가변 굴절률 재료의 발전으로, 이러한 상황이 변하고 있다. 슈버트의 연구는 굴절률을 제어할 수 있는 투명한 박막 재료를 개조하는데 기반을 두고 있다. “1.05 정도의 낮을 굴절률을 가진 광학 박막 재료가 입증되었다. 가변 굴절률 재료는 ‘나노다공성’ 이산화실리콘(SiO2), 인듐주석산화물(ITO), 그리고 이산화티타늄(TiO2)을 기반으로 하고 있으며, 빗각 증착을 이용함으로써 다공성을 정밀하게 제어할 수 있다. 빗각 증착 기술에서는 기판이 증착소스에 대해서 수직이 아닌 입사각을 이루고 있다”고 슈버트는 말했다.
슈버트와 동료들은 이러한 재료를 사용하여 4층 무반사 코팅을 설계하고 제작했다. “이 코팅의 제조과정은 추가적인 것이며 순전히 물질적이므로, 현재의 태양전지 제조공정들과 완전히 호환된다. 상용화가 우리의 가능한 접근방식을 이용하면, 특정 분야의 요구에 맞는 태양전지 소자 구조에 무반사 코팅 디자인을 쉽게 통합할 수 있다”고 그는 말했다. 이러한 4층 무반사 코팅은 실용적이고, 쉽게 응용할 수 있으며, 태양전지 소자에 대한 차세대 무반사 코팅으로서 큰 가능성을 보여주고 있다.
출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121026153450 |