재료연, 단일 재료 유연투명 박막태양전지 개발

저비용 고효율로 다양한 색상 한 번에

단일재료를 적층해 삼원색(빨강, 초록, 파랑)을 구현한 투명 박막 태양전지

한국재료연구원(원장 이정환, 재료연)은 권정대 에너지전자재료연구실 연구팀이 다양한 반사색을 표출할 수 있는 '단일 재료 기반 유연투명 박막태양전지'를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 진공 스퍼터링(Vacuum Sputtering) 방식으로 투명전극 소재인 알루미늄 도핑 산화아연을 증착하고, 여기에 수소를 주기적으로 혼입해 굴절률 차이를 유발시켜 다층 박막을 형성했다. 이어 다층박막 두께를 조절해 빛의 삼원색을 구현했다.

5% 이하 낮은 굴절률로 다층박막을 설계해 태양전지 소자가 흡수하는 가시광 영역 반사손실을 최소화했다. 색상 구현에 따른 전지 효율 감소가 거의 없어 다양한 박막 태양전지용 흡수체에 적용할 수 있다.

단일 재료를 사용하고 색상 구현에 따른 추가 공정이 필요 없는 저비용 고효율 태양전지 기술이다.

기존에는 투명 박막 태양전지 심미성 개선을 위해 굴절률 차이가 큰 재료의 다층 박막화 기술, 광 특성 설계 기반 색상 제어 박막층 기술, 자연 구조 모방형 구조색 기술 등을 적용했다.

하지만 이러한 기술은 넓은 반사 대역과 높은 반사도로 인해 가시광선을 흡수하는 태양전지에 부적합했다. 두 가지 이상의 재료가 필요했고, 공정상으로도 복잡하고 어려웠다.

권정대 책임연구원은 “유연투명 박막태양전지를 적용한 건물 일체형 태양광(BIPV)이나 차량일체형 태양광(VIPV)의 심미성 기능 확보에 크게 기여할 것”이라며 “광 필터를 필요로하는 이미지센서나 포토리소그래피용 마스크, 적외선 차폐 등 다양한 분야에 응용 가능하다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 재료연 기본사업, 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 '케미컬 엔지니어링 저널' 8월 3일자에 실렸다.

창원=임동식기자 dslim@etnews.com