최근 체열로 충전하는 스마트 워치, 차량 진동으로 충전하는 스마트폰처럼 태양광·바람·물·진동 등 일상생활에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술이 주목받고 있다.
투명 태양전지는 전기 생산뿐 아니라 빛 투과 효과도 있어 건물 외벽과 창호, 도시 구조물 등 다양한 분야 에너지 하베스팅 전지로 관심을 끌고 있다.
특히 'CIGS 박막 태양전지'를 이용한 투명 태양전지 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. CIGS 박막 태양전지란 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄으로 이뤄진 CIGS 화합물 기반 태양전지를 뜻한다.
광 흡수율이 높아 차세대 태양전지로 부상하고 있지만, 투광성을 확보하기 위해 전지의 일부를 긁어내거나 구멍을 뚫는 등 방식으로 제작돼 손상으로 인해 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
연구팀은 CIGS 광 흡수층 양쪽에 기존 몰리브데늄 금속 전극 대신 투명한 인듐 주석 산화물 전극을 사용했다.
광 흡수층의 두께도 기존 2㎛(마이크로미터·1000분의 1㎜)에서 0.3㎛ 이하로 줄여 가시광 투과율을 높였다.
얇은 광 흡수층과 양면 투명전극 이용으로 자연스럽게 투광성을 확보할 수 있어 기존 기술보다 공정이 간단하고 제작 시간도 줄일 수 있다.
얇은 광 흡수층 탓에 발생하는 효율 저하 문제는 나노 표면구조를 갖는 저반사 광 산란층을 설계해 해결했다.
들어오는 빛의 반사를 최소화하고 산란은 크게 증폭해 광 흡수층 내에서 빛을 최대한 흡수할 수 있도록 했다.
발전 효율은 10%(단면 기준)로 기존 투명 태양전지 효율(5~6%)보다 두 배가량 높고, 양면으로는 최대 15%의 효율을 낼 수 있다.
조준식 에너지기술연구원 책임연구원은 "CIGS 박막 태양전지 대면적화 연구를 함께 진행해 앞으로 3년 이내 상용화할 계획"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy) 온라인판 지난달 1일 자에 실렸다.
KPI뉴스 / 박일경 기자 ek.park@kpinews.kr
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