▲ 1차원 광결정 필름이 결합된 CIGS 박막 태양전지 모습.광결정 필름을 태양전지 외부에 결합한 경우 외부에서 파란색(오른쪽)으로 보이지만 건물 내부에서 볼 때는 노란색(왼쪽)으로 보이게 된다..

국내 연구진이 광 필름의 두께를 조절해서 다채로운 색상을 보이는 창호형 태양전지를 개발했다. 심미성 뿐만 아니라 높은 안전성, 저비용 제작이 가능해 건물일체형 시스템 구축에 도움이 될 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 민병권 청청에너지연구센터 박사와 도영락 국민대학교 응용화학과 교수 공동연구팀이 다양한 색상의 창문으로 사용 가능한 박막 태양전지 기술을 개발했다고 지난 12일 밝혔다.

최근 도시의 필요 전력을 충당하기 위한 가장 적합한 형태로 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용해 태양광으로 에너지를 생산·소비하는 건물일체형 시스템(BIPV)이 각광받고 있다. 건물일체형 태양전지는 매년 20%의 고성장도 보이고 있다.

건물일체형 태양전지는 대부분이 결정질 실리콘 태양전지가 차지하고 있는데 대부분 단순한 응용수준에 그치고 있으며, 불투명한 실리콘 태양전지는 현대 건축물 창호 적용에 한계가 있었다.

이에 국내 연구진이 창호용으로 응용되기 위한 투광성, 다채로운 색상등 심미성과 오랜시간 유지가 되는 내구성, 안전성을 지닌 무기 박막 태양전지 기술을 개발했다.

공동연구팀은 이미 안정성이 검증된 CIGS 박막 태양전지를 투명 전도성 기판에 제조하고, 1차원 광결정 필름을 태양전지 안팎으로 양면 결합을 했다. 또한 광결점 필름의 두께 조절을 통해 검은색인 CIGS 박막 태양전지를 빨간색, 노란색등 다양한 색상을 구현했다.

연구진은 1차원 광결정 필름의 구조제어를 통해 빛의 투과 또는 반사 효율을 세밀하게 조절함으로써 색상의 선명도는 높이고 태양전지의 빛 흡수 손실은 최소화하는 기술을 개발했다.

또한 연구진은 CIGS 박막 제조에 있어서 기존의 진공 증착 방법이 아닌 저가의 용액 코팅법을 이용했다. 기존의 용액공정을 통한 CIGS 박막 태양전지는 기존 진공증착법 보다 낮은 효율을 보였지만 연구진은 기술개발을 통해 현재 효율이 15%에 이르는 세계 최고 수준의 고효율 단위 셀 기술을 보유하는데 성공했다.

연구진은 다채로운 색상 구현에 성공해 심미성을 높이고, 일정 투광성을 확보해 창호용 태양전지로 응용 가능한 새로운 태양전지 기술을 제시한 의의를 가지며 저비용으로 태양전지를 제조할 수 있는 토대를 마련했다.

KIST 민병권 박사는 “이번에 개발된 박막 태양전지 기술의 가장 큰 장점은 아름다운 색상을 띄면서도 고효율과 고내구성 및 투광성을 확보할 수 있다는 점”이라 말하며, “향후 건물일체형 창호용 태양전지에 적용하여 관련 산업 창출에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원(원장 황진택)이 시행하는 에너지기술개발사업의 지원을 받아 수행 됐으며, 나노 및 에너지소재분야 최상위급 과학학술지인 ‘ACS Applied Materials & Interfaces, IF : 7.145)에 5월3일 게재됐다.