'투명한 스마트폰 화면에서 바로 충전' 투명 태양전지 모듈 개발

미관과 효율 모두 잡아···건물·자동차·모바일 유리 적용 가능

(왼쪽)후면전극형 투명 태양전지 모듈과 스마트폰 간의 광충전 셋업 이미지. (오른쪽)자연 태양광 조사 환경에서 투명 태양전지 모듈에 의한 스마트폰 광충전 시연 이미지. 연구그림=유니스트

[서울경제]

스마트폰 화면에서 배터리를 직접 충전할 수 있는 기술이 등장했다. 투명한 태양전지를 통해 건물, 자동차, 모바일 기기 유리에서 직접 에너지를 공급할 수 있다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원) 에너지화학공학과 서관용 교수팀은 유리와 같이 무색 투명한 특성을 유지하면서도 높은 효율을 지닌 새로운 형태의 투명 태양전지와 모듈을 개발했다고 20일 밝혔다.

태양전지의 모든 구성 요소를 후면에 배치하는 후면전극형(All-back-contact) 디자인을 도입해 무색 투명성을 확보했다. 투명 태양전지가 필수적으로 갖추어야 할 높은 효율과 심미성을 동시에 달성한 것이다.

연구팀은 금속 와이어를 사용하지 않고 소자 간 간격을 없앤 ‘연결 부위가 보이지 않는 모듈화(Seamless modularization)’ 기술을 개발했다. 기존 모듈화 방식에서 소자 간 간격과 불투명한 금속 와이어로 인해 투명 태양전지의 미관이 손상되는 문제를 해결했다.

개발된 16㎠ 크기의 투명 태양전지 모듈은 단일 소자와 유사한 심미성을 유지하면서도 투과도 20%에서 14.7%의 높은 효율을 구현했다. 자연 태양광을 이용해 스마트폰을 충전하는 데도 성공했다. 소형 모바일 기기 화면이 에너지 공급원으로 활용될 수 있는 가능성도 입증한 것이다.

16㎠ 크기의 후면전극형 투명 태양전지 모듈(위)과 소자 연결 개수에 따른 후면전극형 투명 태양전지 모듈의 전류-전압 특성 그래프. 연구그림=유니스트

박정환 연구원과 이강민 연구조교수는 “이번 연구가 새로운 소자 구조 설계를 통해 기존 태양전지 모듈화 방식의 미적 문제를 근본적으로 해결했다”며 “건물과 자동차 유리뿐만 아니라 소형 디바이스 등 다양한 산업 분야에 투명 실리콘 태양전지가 활용될 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다.

서관용 교수는 “투명 실리콘 태양전지 상용화를 위해 필수적인 모듈화 연구의 새로운 길을 열었다”며 “투명 태양전지가 친환경 미래 에너지 산업 핵심 기술로 자리 잡을 수 있도록 추가 연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다.

연구는 8월 7일, 국제 학술지 미국국립과학원회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences)에 공개됐다. 연구는 한국에너지기술평가원 지원과 UNIST 연구지원본부 장비 및 시설을 활용해 이뤄졌다.

울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com