와세다 대학과 요코하마 토인 대학의 연구 그룹이 차세대 태양광 기술에서 중요한 돌파구를 발표했습니다. 이들은 기존 태양광 소재로는 보통 활용되지 못하는 태양 스펙트럼의 근적외선(NIR) 영역을 효과적으로 활용할 수 있는 "업컨버전 페로브스카이트 태양전지"를 성공적으로 개발했습니다.
이 혁신적인 설계는 정교한 업컨버전 메커니즘을 활용함으로써, 흔히 쇼클리-퀘이서 한계로 규정되는 태양 에너지 변환의 핵심 한계를 극복합니다. 연구진은 근적외선에 대한 강한 흡수로 알려진 유기 염료 인도시아닌 그린(ICG)을 특수한 희토류 이온 함유 나노입자의 표면에 고정했습니다.
작동 원리는 다음과 같습니다. 인도시아닌 그린 염료가 약한 근적외선 광자(저에너지 빛)를 포획합니다. 그런 다음 이 에너지는 희토류 이온 함유 나노입자로 전달되고, 이 나노입자들이 에너지를 더 높은 에너지의 가시광선으로 집단 재방출합니다. 이후 태양전지의 페로브스카이트 층이 이 새로 변환된 가시광선을 효율적으로 흡수할 수 있습니다. 이는 태양 스펙트럼의 더 넓은 부분을 활용하는 데 있어 매우 중요한 단계입니다.
이 시제품이 달성한 성능 지표는 실용적 응용에 매우 유망합니다. 이 셀은 개방 전압 ($V_{\text{oc}}$)이 1.2 volts에 근접했고, 전력 변환 효율은 16 percent 이상을 기록했습니다. 그동안 활용되지 않던 근적외선 에너지를 활용함으로써, 이 개발은 차세대 태양전지의 상용화를 가속화하고, 특히 탠덤 셀 구조와 통합될 경우 장기적으로 훨씬 더 높은 효율로 이어질 것으로 기대됩니다.
