ETRI, ‘일곱 빛깔 무지개’ 친환경 컬러 박막 태양전지 개발

친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 활용 예상도(제공:한국전자통신연구원)
<친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 활용 예상도(제공:한국전자통신연구원)>

한국전자통신연구원(ETRI)은 25일 “기존의 어두운 색을 띠는 태양전지에 추가 공정이나 비용 없이 다양한 색상구현이 가능한 친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 개발에 성공 했다”고 밝혔다.

CIGS 박막 태양전지는 태양광을 전기에너지로 변환시키는 데 사용되는 차세대 태양전지로 유리기판 등에 CIGS를 얇은 막으로 쌓아 올려 제작한다.

비 실리콘 계열 태양전지 중에서 높은 광 흡수율을 가져 에너지 변환 효율이 가장 뛰어나고 안정성이 좋다는 장점이 있다. 또 실리콘 계열 태양전지에 비해 원자재 소비가 적으며 공정비용과 재료비용도 저렴하다.

하지만 유해 중금속인 카드뮴을 함유한 소재를 완충층으로 사용하기 때문에 상용화가 어렵다는 단점이 있었다.

이에 연구진이 황화카드뮴(CdS)의 대체재로 인체에 무해한 아연(Zn) 함유 소재를 이용해 약 18% 수준의 유사한 변환효율을 내는 데 성공했다.

연구진은 물 위에 떠 있는 기름띠가 무지개 색깔로 보이는 빛의 간섭 현상에 착안해 박막 구성층 두께를 조절함으로써 여러 색깔을 구현하는데 성공했다.

또 추가 공정이나 비용 없이 태양전지에 보라, 녹색, 청색 등 7가지 이상의 색깔을 구현해 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.

연구진이 구현한 박막 태양전지의 두께는 3㎛에 불과하며 유리기판 뿐만 아니라 유연기판에 코팅도 가능하다. 구부리거나 접을 수 있는 형태로 제작할 수 있어 건물 유리창에 부착하는 등 차세대 친환경 에너지원으로 쓰임새가 다양해질 전망이다.

연구진은 새로운 분석법으로 태양전지 효율 향상 메커니즘을 규명하는 데도 성공했다.

그동안 학계는 태양전지가 태양 빛에 장시간 노출될수록 변환효율이 증가하는 현상의 원인을 정확하게 규명하지 못한 상태였다.

한편 KAIST, 연세대, 포스텍이 이번 연구에 도움을 줬다. 논문 제 1저자는 조대형 선임연구원과 이우정 선임연구원이며 교신저자는 정용덕 책임연구원이다.

정용덕 책임연구원은“이 기술로 컬러가 구현된 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야를 창출해 도시형 태양광 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

ETRI 강성원 ICT창의연구소장은 “전력의 수요-공급이 불균형한 현대 사회에서 차세대 신재생 에너지원을 확보하는 일이 매우 중요해졌다”며 “미래사회를 대비하기 위한 박막 태양전지 기술 개발을 선도하고 친환경 미래 에너지원 확보에 기여할 것”이라고 전했다.

구교현 기자 kyo@greendaily.co.kr

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