▲ 1차원 광결정 필름이 결합된 CIGS 박막 태양전지 모습. KIST 제공

국내 연구팀이 안정성과 심미성이 요구되는 건물 외벽 등의 창호용으로 사용할 수 있는 무기 박막 태양전지 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 청청에너지연구센터 민병권 박사와 국민대 응용화학과 도영락 교수 공동연구팀은 프린팅 기반 저가형 코팅공정의 박막 태양전지 기술과 1차원 광결정 기술의 융합을 통해 다양한 색상의 창문으로 사용 가능한 박막 태양전지 기술을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 나노 및 에너지소재분야 과학학술지인 ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 5월 3일 자에 게재됐다.

가까운 미래에 도시의 필요 전력을 충당하기 위한 가장 적합한 형태로 건물일체형 시스템(BIPV)이 각광받고 있다. BIPV(Building Integrated Photovoltaic System)는 태양광 에너지로 전기를 생산해 소비자에게 공급하는 것 외에 건물 일체형 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하는 태양광 발전 시스템이다.

매년 건물일체형 태양전지 시장은 20% 이상의 고성장을 하고 있고 대부분을 결정질 실리콘 태양전지가 차지하고 있지만 단순한 응용 수준에 그치고 있으며 실리콘 태양전지가 불투명해 현대 건축물의 창호에는 적용하는 데 한계가 있다.

태양전지가 창호용으로 응용되기 위해선 일정 부분 투광성을 가져야 하고 다채로운 색상 구현을 통한 심미성 확보가 중요하다. 또 오랜 시간 유지될 수 있는 내구성 확보가 필수적인데 지금까지 창호용으로 개발된 유기소재 기반의 태양전지들은 안정성 확보에 어려움이 있어 상용화에 이르지 못했다.

연구팀은 안정성이 검증된 CIGS 박막 태양전지를 투명 전도성 기판에 제조하고 1차원 광결정 필름을 태양전지 안팎으로 양면 결합했다. 이어 1차원 광결정 필름의 구조제어를 통해 빛의 투과 또는 반사 효율을 세밀하게 조절함으로써 색상의 선명도는 높이고 태양전지의 빛 흡수 손실은 최소화하는 기술을 만들어냈다.

연구팀은 CIGS 박막 제조에 있어 기존 진공 증착 방법이 아닌 저가의 용액 코팅법을 이용했다. 기존 용액공정을 통한 CIGS 박막 태양전지는 기존 진공증착법보다 낮은 효율을 보였으나 연구팀은 효율이 15%에 이르는 고효율 단위 셀 기술을 보유하는 데 성공해 저비용으로 태양전지를 제조 할 수 있게 했다.

민 박사는 “개발된 박막 태양전지 기술의 가장 큰 장점은 아름다운 색상을 띄면서 고효율과 고내구성 및 투광성을 확보할 수 있다”며 “향후 건물일체형 창호용 태양전지에 적용해 관련 산업 창출에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com