저가형 양면 박막 태양전지 개발… 창호용 적용 가능성

[산업일보]
저비용 코팅 공정으로 전기를 생산하는 기술이 개발, 창호용 태양전지로의 응용 가능성을 열었다.

앞면으로는 태양빛을, 뒷면으로는 실내조명 빛을 흡수해 동시에 전기를 생산할 수 있는 저가 제조공정 기반의 양면 박막 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 청청에너지연구센터 민병권 박사 연구팀은 반도체 합금을 프린팅하는 저가형 코팅공정을 이용해서 반투명 특성을 가질 뿐 아니라 양면 동시 전기생산이 가능한 CIGS 박막 태양전지 기술을 개발했다고 밝혔다.

이 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 시행하는 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행 됐다.

CIGS 박막 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 가볍고 무더위나 추위에도 90% 이상의 발전효율을 유지할 수 있어 차세대 태양전지로 가장 유망하다고 평가되고 있으나, 몰리뷰데늄(Mo)이 증착된 유리 기판을 사용해 제작되기 때문에 태양빛이 투과할 수 없을만큼 불투명해 태양전지의 한쪽 면으로만 빛을 흡수해 전기를 생산하는 한계가 있었다.

또한 광흡수층 제조시 사용되는 진공증착 방법에 의한 높은 제조비용과 용액공정 과정에서 발생하는 결함(defects)으로 인한 효율저감 문제 등 기술적 난제가 존재해 왔다.

민병권 박사 연구팀은 기공과 같은 결함(defects)들이 오히려 박막의 투명도를 증가시키는데 도움이 된다는 점에 착안해 CIGS 박막 태양전지를 창호형-BIPV(건물일체 태양광 발전)으로 응용할 수 있을 것이라고 판단하고, ITO(인듐주석산화물)와 같은 투명 전도층이 코팅된 유리 기판과 저비용 용액공정을 이용해 반투명 특성을 갖는 양면 박막 태양전지를 개발했다.

현재까지 창호용으로 활용 가능성이 고려된 것은 염료감응형 태양전지(DSSC)가 유일하나 휘발성이 크고 유독한 액체 전해질로 제작하기 때문에 내구성 및 안전성 면에서 심각한 문제를 야기할 수 있다. 이에 반해, 금번 개발된 박막 태양전지 기술은 무기물을 기반으로 하고 있어서 내구성 및 안전성 면에서도 뛰어난 장점을 가지고 있다.

향후 기존 실리콘 태양전지 수준으로 발전효율을 제고하는 등 추가 기술개발과 기술사업화가 이루어진다면 건물일체형 창호용 태양전지 관련 산업 창출에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.