건물일체형 ‘차세대 박막태양전지’ 상용화 난제 해결

이번 연구결과가 게재되는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 표지 이미지.[한국에너지기술연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국에너지기술연구원은 세계 최초로 유연성과 투광성을 동시에 갖춘 양면수광형 CIGS 박막 태양전지 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료 및 물리화학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 표지논문으로 선정돼 게재될 예정이다.

CIGS 박막 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 4원소로 이루어진 화합물을 유리나 플라스틱 기판에 증착해 광흡수층으로 사용하는 차세대 태양전지다.

CIGS 박막 태양전지는 상용 결정질 태양전지에 비해 적은 소재 사용과 간소한 공정만으로 고효율 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 다른 유기계 차세대 태양전지와 달리 화학적으로 매우 안정적이고 내구성도 높다. 최근 결정질 실리콘 태양광 모듈의 가격 하락으로 인해 CIGS 박막 태양전지의 기술개발 방향이 건축물 일체형 또는 부착형 태양광(BIPV)으로 대표되는 도심형 다기능 친환경 에너지원 시장으로 바뀌고 있다.

이 같은 이유에서 딱딱하고 무거운 유리 기판을 이용하는 전통적인 CIGS 박막 태양전지가 아닌, 초경량 유연 기판을 적용해 효율은 유지하면서도 응용성을 극대화하는 연구와 함께 상대적 효율은 조금 낮추더라도 투광성을 갖도록 설계해 기능을 추가하는 것에 연구개발의 초점이 맞춰지고 있다.

에너지연 태양광연구단은 두께가 극히 얇은 유연한 유리 기판을 적용, 유연성과 투광성을 동시에 가지면서도 기존의 두꺼운 유리기판 상에 제조된 투광형 태양전지와 견주어도 효율 및 성능특성이 우수한 양면수광형 박막 태양전지 구현에 성공했다.

기존 비투광형 태양전지는 단방향에서만 광흡수가 가능하거나, 태양빛을 태양전지 전·후면에서 동시에 흡수해 전기를 생산하는 양면수광 구조를 구현하기 위한 별도의 공정이 필요했다. 연구단이 개발한 유연 반투명 CIGS 박막 태양전지기술은 투광성 확보를 위해 발생이 불가피한 광흡수에 의한 출력 손실을 추가 제조공정 없이 후면수광을 통해 보완 가능함을 확인했다.

연구팀은 기존 3단계 증착방법 대신 간소화된 단일공정 증착방법을 이용하면서도 알칼리 원소 도핑 공정 적용을 통해 수백 나노스케일의 극히 얇은 두께에서도 높은 품질을 가지는 CIGS 광흡수층 막을 제조했다.

윤재호 에너지연 태양광연구단장은 “한국형 그린뉴딜 정책에 부응하는 이번 성과는 여러 가지 기능을 융합한 다재다능한 적용성을 가진 CIGS 박막 태양전지의 개념을 구체화시켰다”면서 “ 유연 반투명 CIGS 박막 태양전지의 핵심소재 및 공정에 대한 원천 기술로 신규 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야 창출에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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