유리 없이 붙이는 '태양광 창문' 현실로…KIST "투광형 태양전지 개발"

홍효진 기자 - 어제 오후 12:09

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대태양전지연구센터 정증현 센터장·유형근 박사 연구팀이 뉴욕주립대 연구팀과의 공동연구로 투광형 태양전지 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

 

© MoneyToday유리 없이 붙이는 '태양광 창문' 현실로…KIST

 

이번 기술은 발전 성능과 장기안정성이 뛰어난 Cu(InGa)Se2(CIGS) 화합물 박막소재를 이용해 개발됐다. CIGS 화합물 태양전지는 기존에 주로 사용된 결정질 실리콘 태양전지 수준의 고효율(23.4%) 광발전성능과 안정성을 갖춘 반면 창으로 활용하기엔 불투명한 점이 한계였다.

연구진은 소재 전면 투광도를 높이기 위해 수 ㎛(마이크로미터) 크기까지 에칭(화학적 부식작용을 통한 가공방식)이 가능한 레이저 공정을 적용했다. 그 결과 육안으로는 구분이 어려운 크기로 불투명한 박막소재를 제거하고 광투과가 가능한 미세패턴을 균일하게 형성할 수 있었다.

에칭된 태양전지는 광발전성능 저하가 없는 투광형 태양전지다. 현재 건물 창호로 사용중인 유리를 태양전지로 대체 또는 기존 유리에 태양전지를 추가하는 등 바로 활용할 수 있다.

레이저 에칭공정 효율을 높이기 위해선 CIGS 박막태양전지 뒷면 전극을 통한 레이저 조사가 가능하도록 기존 불투명한 몰리브데늄에서 투명한 인듐주석산화물(ITO) 적용이 필요했다. 높은 전기전도도와 광학적 투명도를 가진 ITO는 태양전지나 디스플레이, 터치스크린, 유기발광다이오드 등 다양한 분야에 적용된다.

문제는 ITO와 CIGS 경계면의 높은 전기저항 탓에 광발전 성능이 크게 떨어진다는 점이었다. 이에 연구진은 ITO 후면전극에 10 nm(나노미터) 두께의 은(Ag) 전구체를 적용하면 계면의 전기저항을 낮출 수 있다는 사실을 확인, 양면이 투명한 CIGS 박막 태양전지 셀(태양광을 전기로 변환하는 태양전지의 기본 단위) 구조에서 고출력 광발전이 가능한 기술을 개발했다.

개발된 투광형 태양전지 모듈은 투과도 제어가 자유롭고 광발전 출력이 높다. 건물에서 요구하는 투과도 수요를 맞추면서도 더 많은 전기를 만들어낼 수 있다. 레이저 에칭에 의한 투광패턴을 100 ㎛ 이하로 작게 형성할 수 있어 심미적으로 우수한 창호 제작도 가능하다.

정증현 KIST 차세대태양전지연구센터장은 "개발된 창호형 태양전지는 가격경쟁력이 우수하고 이미 상용화된 CIGS 소재를 활용하기 때문에 기술의 실용화가 용이하다"며 "향후 발전성능과 레이저 에칭 능력을 향상시키면 경쟁력이 한층 높아질 것으로 기대한다"고 밝혔다.