세계 최초로 앞면과 뒷면에서 전력을 생산할 수 있는 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원은 앞면으로 태양 빛을 뒷면으로 실내조명 빛을 흡수해 전기를 생산할 수 있는 저가제조공정 기반의 양면 박막태양전지기술을 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다.

과학기술연구원 청정에너지연구센터 민병권 박사 연구팀 주도로 추진된 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구결과는 지난 18일 세계적인 수준의 과학전문지인 ‘Scientific Reports’ 온라인 판에 게재됐다.

CIGS 박막 태양전지는 일반적으로 구리(C)·인듐(I)·갈륨(G)·셀레늄(S) 등으로 구성된 반도체물질을 광흡수층으로 사용하는 태양전지를 지칭하나 이번 연구에서 전압을 높이고 용액공정적용으로 투명도를 향상시키기 위해 셀레늄 대신 황을 이용했다.

특히 CIGS 박막 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비해 가볍고 무더위나 추위에도 90% 이상의 발전효율을 유지할 수 있어 차세대 태양전지로 가장 유망하다고 평가되고 있으나 몰리뷰데늄(Mo)이 증착된 유리 기판을 사용·제작되기 때문에 태양 빛이 투과할 수 없을 만큼 불투명해 태양전지의 한쪽 면으로만 빛을 흡수해 전기를 생산하는 한계가 지적돼 왔다.

민병원 박사 연구팀은 이를 보완하기 위해 기공과 같은 결함이 오히려 박막의 투명도를 증가시키는데 도움이 된다는 점에 착안해 CIGS 박막 태양전지를 창호-BIPV(건물일체태양광발전)으로 응용할 수 있을 것으로 내다봤다. 이어 인듐주석산화물과 같은 투명전도층이 코팅된 유리 기판과 저비용 용액공정을 이용, 반투명 특성을 갖는 양면 박막 태양전지를 개발했다.

현재까지 창호용으로 활용 가능성이 고려된 것은 염료감응형 태양전지가 유일하나 휘발성이 크고 유독한 액체 전해질로 제작되기 때문에 내구성과 안전성 면에서 심각한 문제를 야기할 수 있을 것으로 지적돼 왔다. 이에 반해 이번에 개발된 박막 태양전지 기술은 무기물을 기반으로 하고 있어 내구성과 안전성 면에서도 뛰어난 장점을 갖고 있다.

민병권 과학기술연구원 박사는 “이번에 개발된 박막 태양전지 기술의 가장 큰 장점은 태양전지 앞면에서 태양광을 흡수해 전기를 생산할 때 뒷면에 약한 빛을 쪼여주게 되면 태양전지 성능이 더욱 향상되는 것”이라면서 “이는 앞으로 건물일체 창호형 태양전지로서 그 효용성이 더 클 것”으로 내다봤다.

이어 그는 “CIGS 박막 태양전지는 이미 상용화가 돼 있으나 고비용 공정의 사용으로 인한 가격절감의 한계를 갖고 있다”면서 “이번에 개발된 태양전지는 저비용의 용액 코팅법에 기반해 제조되기 때문에 경제성 면에서 경쟁력을 갖고 있다”고 덧붙였다.