태양전지 투명하게 만들어 자동차 유리창·건물 외벽으로 전기 생산한다
태양전지 투명하게 만들어 자동차 유리창·건물 외벽으로 전기 생산한다
  • 정지호 기자
  • 승인 2019.12.12 17:37
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일반 결정질 실리콘 기판(왼쪽)과 투명 실리콘 기판 비교 사진=UNIST
일반 결정질 실리콘 기판(왼쪽)과 투명 실리콘 기판 비교 사진=UNIST

[퓨처타임즈=정지호기자] 국내 연구진이 건물 외벽이나 자동차 유리창을 태양전지로 대체하는 기술을 개발했다. 시커먼 실리콘 태양전지를 투명한 실리콘 태양전지로 대체한 것이다.

서관용 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수와 이승우 고려대 융합대학원 교수 연구팀은 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만드는 데 처음으로 성공했다고 12일 밝혔다.

결정질 실리콘 태양전지는 규칙적인 원자배열 구조를 갖는다. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 광활성층을 이용해 전기를 생산하는데, 결정질 실리콘은 광활성층의 솽전변환 효율이 높고 안정적이어서 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있다. 하지만 실리콘 태양전지는 태양광 중 주로 가시광선 영역을 흡수해 전기 에너지를 생산하기 때문에 투명하게 만들기가 어렵다. 태양전지가 투명하면 가시광선을 모두 투과시키기 때문이다.

서 교수팀은 실리콘 위에 사람 눈에 보이지 않을 정도의 미세구조를 도입했다. 이 미세구조가 있는 부분은 가시광선을 투과시키고, 미세구조가 없는 부분은 가시광선 등 태양광을 흡수한다. 유리창처럼 투명하면서도 태양에너지를 전기로 바꿀 수 있게 된 것이다.

연구팀은 이 투명 결정질 실리콘으로 태양전지를 만들어 광전변환 효율을 최고 12.2%나 얻었다. 지금까지 다양한 소재로 개발된 투명한 태양전지 중 가장 높다. 광 투과율 또한 다양하게 조절 가능해 건물의 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다.

제1저자인 이강민 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “사람은 두 물체와 눈이 이루는 각도가 60분의 1도 이하이면 두 물체를 식별하지 못한다”며 “이 원리를 이용해 눈에 보이지 않는 미세구조를 만들었고, 실리콘 태양전지도 투명하게 만들 수 있었다”고 설명했다.

공동 1저자인 김남우 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “이번에 개발된 투명 태양전지는 기존 실리콘 태양전지 제조시설을 그대로 이용할 수 있어 상용화 가능성이 크다”며 “특히 투명 결정질 실리콘 제작 기술은 태양전지뿐 아니라 다른 실리콘 기반 전자소자를 투명하게 만드는 연구로도 확장될 수 있다”고 전했다.

이 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 셀(Cell)의 에너지 분야 자매지인 국제학술지 ‘줄’(Joule) 12일자에 발표됐다.


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