사무실 광원(형광등)을 이용한 반투광 유기태양전지 모듈 구동 사진

국내 연구진이 비오는날, 흐린날 실내 형광등에서도 광 흡수가 가능한 유기태양전지를 개발했다.

재료연구소(소장 이정환, KIMS)는 지난 9일 임동찬 에너지융합소재연구센터 박사 연구팀이 조신욱 울산대 교수, 이동일 연세대 교수, 이창렬 고등광기술연구소 박사와 함께 양자클러스터 입자를 이용해 흐리고 비오는 날 또는 실내의 낮은 광원에서도 정상적인 작동이 가능한 고효율 태양전지 기술을 개발했다고 밝혔다.

일반적으로 광량(光量)이 적거나, 광입사각 또는 곡면이 변화하는 경우 태양전지의 효율은 감소한다. 태양광전지를 스마트 공장·가정의 거실 등 실내 공간에서 사용할 경우, 태양광전지는 광(光)을 일직선으로 마주하고 있지 않거나 편평하지 않은 공간에 설치돼 광량과 입사각 차이에 의해 광흡수 효율이 감소하곤 했다.

이에 연구팀은 유기 태양전지의 내부에 원자개수가 조절된 골드 양자 클러스터 입자를 혼합해, 유연하면서 투광도가 높은 유기 태양전지를 제작했다.

골드 양자 클러스터는 기본 광 흡수층에서 흡수하지 못하는 잉여의 광을 흡수해 에너지 전이 원리에 의해 광 흡수층의 광 흡수 성능을 향상시켜 준다.

특히 양자 클러스터는 저조도 및 저고도 등 광 흡수 환경 변화의 영향을 적게 받고 높은 양자 효율을 나타내기 때문에 기본 광 흡수층의 광 흡수 특성을 효과적으로 보상해준다.

태양전지는 대용량 발전용으로 적용되는 경우가 일반적이지만 최근에는 BIPV 및 실내 사물인터넷(IoT) 센서 구동용 전원으로 사용하려는 연구가 활발한 시점이다.

연구진은 이번 연구로 양자 클러스터를 이용해 저조도 환경 하에서의 전압 강하 현상을 개선하는 방법을 제시했으며 그동안 유연 태양전지 연구과정에서  간과된 곡면 변화에 따른 효율 개선 연구를 새로운 연구 주제로 제시했다.

또한 본 시스템으로 특히 반투광 특성까지 보유해 건축물 외장재로 태양광 모듈을 사용해 전기를 생산하는 건물일체형태양광발전시스템(BIPV) 및 실내 센서 구동 등 다양한 분야에 활용이 가능하다는 장점이 있다고 밝혔다.

연구책임자인 재료연구소 임동찬 책임연구원은 “본 기술이 상용화되면, 지금까지 실외 또는 맑은 날 조건에서 사용되어 온 기능성 태양전지가 실내 형광등과 같은 낮은 광량의 인공광원을 이용할 수 있게 되어 실내 환경 및 이동 전자기기 전원 등 사용 범위가 확장됨으로써, 결과적으로 4차 산업의 발전 속도 향상에 기여하게 될 것”이라고 말했다.

광량, 광 입사각, 곡면 변화에 따른 효율 편차 개선 도식도