빌딩용 태양전지 발전 효율 10% 높여

재료硏·부산대·항공대 공동연구
세계 첫 양면 발전 BIPV용 전지
최대 14×14㎝까지 제작 가능

왼쪽부터 권정대 재료연 책임연구원, 송풍근 부산대 교수, 신명훈 한국항공대 교수

한국재료연구원이 양면 발전이 가능한 건물탑재 태양전지 통합발전(BIPV)용 박막 태양전지 공정기술을 세계 처음으로 개발했다. 빌딩용 태양전지 발전 효율을 크게 높일 수 있다.

한국재료연구원(원장 이정환, 재료연)은 권정대 나노표면재료연구본부 책임연구원이 송풍근 부산대 교수, 신명훈 한국항공대 교수와 양면 발전 기능을 갖춘 유연기판 투명 박막 태양전지 제조 공정을 세계 최초로 구현하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

연구팀은 레이저 전사공정으로 빛을 산란하는 구조체를 유연기판에 융합하고 빛 굴절률 제어 기술을 매칭해 유연기판 후면 광반사를 최소화하는 방식으로 양면 태양전지를 개발했다.

투명 박막 태양전지는 광흡수층이 300나노미터(㎚) 이하로 얇기 때문에 발생 전류량을 높이기 위해 광산란 구조를 탑재한다. 주로 투명 산화물 반도체 에칭공정과 포토리소그래피공정으로 광산란 구조를 만들었지만 복잡하고 결함 발생 가능성도 높아 유연기판에는 적용이 어려웠다.

레이저를 이용한 유연기판으로 광산란 구조 전사 공정.

연구팀은 광산란 구조를 지닌 산화아연 박막 위에 레이저 흡수층을 증착하는 새로운 전사 공정으로 약 20마이크로미터(㎛) 두께의 광산란 구조 융합형 유연기판을 제조했다.

레이저를 이용한 해당 공정은 유연기판 투과도를 유지한 채 효과적으로 광산란을 일으키는 구조체를 전사해 태양전지 발전 효율을 높이는 기술이다. 구조체로 인한 결함을 최소화하고 작게는 5×5㎝에서 크게는 14×14㎝까지 태양전지 기판을 만들 수 있다. 후면 입사광 손실을 최소화하는 창층설계를 접목해 양면 발전 기능을 확보했다.

시험 결과 광산란 구조 융합형 유연기판의 광 산란도는 51.9%였고 광산란이 없는 유연기판 태양전지에 비해 효율이 9.7% 개선됐다.

권정대 책임연구원은 “유연기판 투명 박막 태양전지는 건물을 구성하는 모든 요소에 부착해 전기에너지를 만들 수 있다”며 “이 기술이 상용화되면 간단한 공정으로 광산란 구조 융합형 유연기판 투명 박막 태양전지를 제조할 수 있고 양면 발전용 BIPV시스템 실현도 가능할 것”이라 말했다.

이번 연구성과는 네이처 자매지 '엔피제이 플렉서블 일렉트로닉스' 3월 27일자에 실렸다.

창원=임동식기자 dslim@etnews.com