세계 최고 성능의 투명 태양전지 원천기술이 국내 기술로 개발돼 향후 신재생에너지 확보에 기여할 것으로 기대가 모아진다.

한국전자기술연구원(KETI, 원장 신희동)이 고효율 투명 태양 집광판(Luminescent solar concentrator, LSC)이 적용된 투명 태양전지의 발전 성능을 세계 최고 성능까지 끌어올릴 수 있는 원천기술을 개발하고, 관련 내용을 광학 분야의 국제 학술지에 게재했다고 18일 밝혔다.

전 세계 태양전지 산업은 발전 효율과 가격 경쟁력 향상을 위한 기술 경쟁이 본격화된 가운데, 특히 기존의 실리콘 기반 태양전지는 원가절감 및 생산성 향상의 측면에서 이론적 효율 한계에 근접했다.

이를 해결하기 위해 고부가가치 기능성 태양전지 기술들이 개발되고 있으나, 성능 향상 대비 비용 증가의 비율이 더 높아 신기술 채택의 애로사항으로 작용했다.

투명 태양전지는 건물의 창호, 자동차 선루프 및 전자기기 등과 결합되어 고부가가치를 창출할 수 있는 기술이며, 융합형 태양전지 기술로서 그 활용 가능성이 매우 높다.

특히 건물이 밀집한 선진국형 도시에서는 옥상보다 건물 벽면의 창호로 입사되는 태양광이 더 많아 이를 적극적으로 활용할 수 있는 창호형 투명 태양전지 기술(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)은 도시 소비 전력을 보충하는 효과를 가질 수 있는 핵심 기술임이 확인됐다.

이번에 KETI 디스플레이연구센터가 공개한 투명태양전지 원천 기술은 높은 투과도를 갖는 투명한 창문형 집광판에 첨단 양자점(Quantum dots) 소재 및 무손실 광도파 기술을 적용해 창호 측면에 부착된 태양전지에서 7.6%의 효율로 발전이 가능함을 보여줬다.

기술 개발을 주도한 박경원 박사(책임연구원)에 따르면 연구진은 기존 3% 수준의 발전 효율인 투명 태양전지의 효율을 두 배 이상 끌어올렸을 뿐만 아니라 1㎡급 대면적 투명 태양전지 제조 가능성을 확인했다.

또한 연구 결과는 광학 분야의 세계적인 학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics, IF=39.728)’ 최신호(온라인 1/11 발간)에 게재되는 성과를 이뤘다.

본 논문의 교신저자인 한철종 디스플레이연구센터장은 “KETI가 개발한 투명 태양전지를 도로 방음벽이나 방음터널에 적용하면 토지 비용 없이 신재생 에너지의 확보가 가능하다”며 “양자점 기술은 우리나라 디스플레이 산업에서 지적재산권과 노하우가 충분히 쌓였기 때문에 태양전지 분야에서도 초격차를 확보하며 세계 시장을 선도할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, 전자부품산업기술개발 사업, 신재생에너지 핵심기술개발사업 그리고 과학기술정보통신부 소재혁신선도프로젝트의 지원을 받아 수행됐다.