세계 최고 성능, ‘투명 태양전지’ 원천기술 개발

[중소기업투데이 이상영 기자] 국내에서 기존 제품의 2배 이상 발전 효율을 나타내는 ‘고효율 투명 태양 집광판(Luminescent solar concentrator, LSC)’이 적용된 투명 태양전지가 개발됐다.

한국전자기술연구원(KETI)은 “발전 성능을 세계 최고 성능까지 끌어올릴 수 있는 원천 기술을 개발하고, 관련 내용을 광학 분야의 국제 학술지에 게재했다”며 개발 사실을 알렸다.

전 세계적으로 발전 효율과 가격 경쟁력 향상을 위한 기술 경쟁이 본격화되고 있다. 특히 기존의 실리콘 기반 태양전지는 원가절감이나 생산성 측면에서 효율성이 한계에 달했다는 평가다. 이를 해결하기 위해 고부가가치 기능성 태양전지 기술들이 개발되고 있으나, 성능 향상을 위한 비용이 너무나 많이 든다는 점이 문제다.

이번에 개발된 투명 태양전지는 이같은 한계를 극복하기 위한 것이다. 이는 건물의 창호, 자동차 선루프 및 전자기기 등과 결합되어 고부가가치를 창출할 수 있는 기술이다. 특히 “융합형 태양전지 기술로서 그 활용 가능성이 매우 높다.”고 한다.

특히 건물이 밀집한 선진국형 도시에서는 옥상보다 건물 벽면의 창호로 입사되는 태양광이 더 많다. 이를 적극적으로 활용할 수 있는 창호형 투명 태양전지 기술(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)이 최근 각광받으며, 도시 소비 전력을 보충하는 효과를 가질 수 있는 핵심 기술로 꼽히고 있다.

한국전자기술연구원이 개발한 투명태양전지 원천 기술은 이를 착안한 것이다. 높은 투과도를 갖는 투명한 창문형 집광판에 첨단 양자점(Quantum dots) 소재와 무손실 광도파 기술을 적용, 창호 측면에 부착된 태양전지에서 7.6%의 효율로 발전이 가능함을 보여주었다. 여기서 광도파는 광파를 단면이 제한된 투명 매질에 가둬 놓고, 매질의 축 방향으로 전파시키는 것이다.

기술 개발을 주도한 연구원의 박경원 박사(책임연구원)에 따르면 연구진은 기존 3% 수준의 발전 효율인 투명 태양전지의 효율을 두 배 이상 끌어올렸다. 또 1㎡급 대면적 투명 태양전지를 제조할 수 있음도 확인했다.

연구진은 또 “이번에 개발한 투명 태양전지를 도로 방음벽이나 방음터널에 적용하면 토지 비용 없이 신재생 에너지의 확보가 가능하다.”고 밝혔다. 해당 연구 결과는 광학 분야의 세계적인 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics, IF=39.728)’ 최신호에 게재됐다.