태양전지, 이제는 건물 외벽에 바른다…KIST 개발한 ‘이 기술’

과학기술연구원 연구팀, 용액인쇄방식 적용
박막태양전지 두께 2~3㎛에서 0.5㎛로 줄여

용액인쇄 공정을 통해 만든 초박막 태양전지. 한국과학기술연구원 제공

한국과학기술연구원(KIST) 연구팀이 건물일체형 태양광전지(BIPV) 발전에 필요한 박막 태양전지의 광흡수층 두께를 기존 대비 5분의1 정도로 줄여 경제성을 크게 높이는 기술을 개발했다.

태양광 발전은 2050년 탄소중립을 위한 에너지 믹스에서 가장 큰 비중을 차지해야 하는 발전 방식이지만 국토 면적이 좁고 산지가 70% 이상이어서 실리콘 태양전지를 이용하는 기존 태양광 발전 방식만으로는 보급 확대에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 태양광전지 자체를 건축자재로 사용해 건물을 통째로 태양광 발전시설로 만드는 건물일체형 태양광전지 발전에 대한 관심이 높아지고 있다.

과학기술연구원 청정신기술연구본부 연구팀은 1일 “건물일체형 태양광전지에 사용되는 고안정성 무기박막 태양전지의 경제성을 크게 높이는 기술을 개발해 전문 중소기업에 기술 이전까지 완료했다”고 밝혔다.

다양한 태양전지 가운데 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 4가지 원소로 구성되는 시아이지에스(CIGS) 무기박막 태양전지는 광흡수 계수가 매우 커 얇은 박막으로도 높은 변환 효율을 낼 수 있다는 특징을 갖고 있다. 하지만 진공에서 박막을 붙이는 진공 증착방식을 적용해 미국 일본 등에서 개발된 기존 박막태양전지는 생산비가 비싸 실리콘 태양전지에 밀려난 상황이다.

연구팀은 많은 비용이 소요되는 기존의 진공 증착방식 공정을 저가의 용액 인쇄방식 공정으로 바꿔 광흡수층의 두께를 2~3㎛(마이크로미터)에서 0.5㎛ 수준으로 5분의1 가량 줄이는 데 성공했다. 이를 통해 고가의 희귀원소 사용량과 제조 시간을 함께 줄여 생산성을 크게 높일 수 있었다. 연구팀은 특히 지난 10여년 간 수행한 연구를 통해 이 용액을 페인트칠을 하듯 바르는 바코팅 기술을 확보해 이미 태양전지 전문 중소기업에 이전을 완료한 상태다.

이 연구를 이끈 민병권 과학기술연구원 청정신기술연구본부장은 “인쇄 태양전지 기술은 아직 상용화에 성공하지 못한 도전적인 분야이지만 실험실 수준에서는 이미 세계 최고 기술을 확보했다”며 “앞으로 기업과 긴밀한 협업을 진행한다면 머지 않은 미래에 세상을 놀라게 할 새로운 태양전지를 시장에 내놓을 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지인 <어드밴스드 에너지 머티리얼스> 최신호에 소개됐다.

김정수 선임기자 jsk21@hani.co.kr