에너지기술연구원, 가시광 투과 10% 이상에 발전효율 성능도 확보
[이투뉴스] 차세대 고부가가치 태양광 분야에 적용할 수 있는 투명 태양전지기술을 국내 연구진이 개발했다. 발전을 하면서도 일부 빛을 통과시키는 신기술이다.
에너지기술연구원(원장 김종남)은 전기생산과 함께 태양빛 일부를 투과시켜 시각적인 투광성도 확보할 수 있는 고효율 CIGS 양면투광 태양전지 핵심기술을 개발했다. 태양전지로 들어오는 빛 10% 이상을 통과시킬 수 있으며, 발전효율도 단면 10%, 양면 15% 이상으로 향상시켰다.
에너지기술연구원 태양광연구단이 개발한 양면발전형 투명 태양전지는 빛조사나 온-습도 내구성이 우수한 무기소재인 CIGS 광흡수층 양면에 빛가림이 없는 인듐주석 산화물 투명전극을 사용했다. 광흡수층 두께를 머리카락 굵기보다 400배 작은 0.3마이크로미터 이하로 정밀 제어해 입사된 가시광 일부를 자체 투과할 수 있다.
이 기술은 기존 CIGS 태양전지 제조에 사용한 복잡한 3단계 동시증발공정 대신 단순하고 재현성이 우수한 단일단계 동시증발공정을 사용했다. 증착시간은 절반수준으로 줄이고, 기존 공정보다 소재 사용량과 공정시간을 10분의 1수준으로 절감했다.
가시광이 투과될 수 있는 얇은 광흡수층과 양면 투명전극을 이용한 소자 구조로 자연스러운 투광성도 확보했다. 이를 통해 빛 일부를 통과시키고 양면발전으로 태양광을 흡수해 에너지효율을 높였다. 기존기술 대비 생산수율을 높이고, 제조비용도 낮출 수 있다.
투명 태양전지는 전기생산과 가시광 투과를 함께 구현할 수 있어 건물 외벽과 창호, 도시구조물, 모빌리티, 디바이스 등 일상생활에서 전기를 생산할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나 아직까지 효율, 투광성, 내구성, 저조도 발전성능 등을 갖춘 기술개발이 이뤄지지 않고 있다.
현재 일부 상용화 되고 있는 투명 태양전지는 기존 개발된 태양전지를 긁어내거나 구멍을 뚫는 방식으로 제작된다. 이 때문에 낮은 성능, 높은 생산단가, 투명한 부분과 불투명한 부분 교차로 시각적인 불편함을 주고 있다. 유기나 유무기 화합물 광흡수층을 이용한 투명 태양전지는 장시간 빛조사나 높은 온습도 환경에서 단시간에 성능이 크게 감소하는 단점이 있다.
연구진은 이번에 확보한 기술을 기반으로 높은 효율을 유지하면서 가시광 투과도를 보다 향상시킬 수 있는 광이용 최적화기술과 심미성 향상을 위한 색상구현 기술개발을 추진하고 있다. 동시에 상용화를 위한 소자 대면적화 기반기술 확보도 준비 중이다.
곽지혜 에너지기술연구원 재생에너지연구소장은 “이 기술은 새로운 소자구조와 공정을 이용해 기존 상용 태양전지의 성능과 응용한계를 극복할 수 있다”며 “다양한 태양광 응용분야 발굴을 통해 정부가 추진 중인 탄소중립과 그린뉴딜 정책 실현에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
진경남 기자 jin07@e2news.com