투명도·효율 동시에 잡았다…GIST, 차세대 반투명 유기태양전지 기술 개발

투명도 37.5%, 발전 효율 10.7% 동시 달성

광주과학기술원(GIST) 연구진이 차세대 반투명 유기태양전지의 투명도와 발전 효율을 크게 높일 수 있는 원천 기술을 개발했다. 사진은 차세대 반투명 유기태양전지를 장착하기 전(왼쪽)과 후(오른쪽)./GIST

광주과학기술원(GIST)은 강홍규 차세대에너지연구소 책임연구원과 이광희 신소재공학과 교수 공동 연구진이 차세대 반투명 유기태양전지의 투명도와 발전 효율을 크게 높일 수 있는 원천 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

반투명 유기태양전지는 빛을 받아 전기를 생산하는 유기태양전지의 한 형태로, 가시광선의 일부를 투과시킬 수 있어 창문이나 건물 외장재로 쓰일 수 있다. 건물 일체형 태양광이나 차량용 태양광, 휴대형 전자기기 등에도 응용할 수 있다.

하지만 반투명 구조의 특성상 투명도를 높이면 발전 효율이 떨어지고, 발전 효율을 높이면 투명도가 줄어들어 두 가지 성능을 동시에 만족하는 데 어려움이 있었다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해, 가시광선을 흡수하는 소재인 ‘전자주개’의 함량을 줄여 투명도를 높이고, 대신 전기 흐름이 원활히 이어지도록 돕는 첨가제를 도입했다. 해당 첨가제는 전극 표면에 전류가 잘 흐를 수 있는 길을 만든다.

그 결과, 평균 가시광선 투과율 37.53%, 전력 변환 효율 10.7%를 달성했다. 평균 가시광선 투과율은 태양전지가 가시광선 영역의 빛을 얼마나 통과시키는지, 전력 변환 효율은 태양광 에너지를 얼마나 전기 에너지로 바꿀 수 있는지 나타낸다. 또 두 지표를 종합 평가하는 광 이용 효율(평균 가시광선 투과율과 전력 변환 효율을 곱한 값)에서도 최고 수준인 4.01%를 기록하며, 동일 조건 내 반투명 유기태양전지 중 높은 성능을 구현했음을 입증했다.

이번 성과는 기존처럼 복잡한 다층 구조에 의존하지 않고, 단순한 소자 설계로 투명도와 발전 효율을 모두 확보할 수 있는 새로운 설계 전략을 제시한 것으로, 반투명 유기태양전지가 실제 응용 가능한 차세대 에너지 기술임을 입증했다.

강홍규 책임연구원은 “이번 연구는 반투명 유기태양전지 분야의 오랜 숙제였던 투명도–효율 간 상충관계를 해소했다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로 건축물 창호나 차량 유리 등 투명 구조물과 결합한다면, 도시의 친환경 에너지 자립에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)’ 온라인판에 지난 8월 21일 게재됐으며, 주목할 만한 성과로 인정받아 핫 페이퍼(Hot Paper)로도 선정됐다.

참고 자료

Journal of Materials Chemistry A(2025), DOI: https://doi.org/10.1039/D5TA03918E

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