한국에너지기술연구원은 태양광으로 전기를 생산하는 'CIGS 투명 태양전지' 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 최근 체열로 충전하는 스마트 워치, 차량 진동으로 충전하는 스마트폰처럼 태양광, 바람, 물, 진동 등 일상생활에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술이 주목을 받고 있다.
투명 태양전지는 전기 생산뿐만 아니라 빛 투과 효과도 있어 건물 외벽과 창호, 도시 구조물 등 다양한 분야 에너지 하베스팅 전지로 주목받는다.
특히 'CIGS 박막 태양전지'(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄으로 이뤄진 CIGS 화합물 기반 태양전지)를 이용한 투명 태양전지 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 광 흡수율이 높아 차세대 태양전지로 주목받지만, 투광성을 확보하기 위해 전지의 일부를 긁어내거나 구멍을 뚫는 등 방식으로 제작돼 손상으로 인해 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
연구팀은 CIGS 광 흡수층 양쪽에 기존 몰리브데늄 금속 전극 대신 투명한 인듐 주석 산화물 전극을 사용했다.
광 흡수층의 두께도 기존 2㎛(마이크로미터·1천분의 1㎜)에서 0.3㎛ 이하로 줄여 가시광 투과율을 높였다.
얇은 광 흡수층과 양면 투명전극 이용으로 자연스럽게 투광성을 확보할 수 있어 기존 기술보다 공정이 간단하고 제작 시간도 줄일 수 있다.
얇은 광 흡수층 탓에 발생하는 효율 저하 문제는 나노 표면구조를 갖는 저반사 광 산란층을 설계해 해결했다.
들어오는 빛의 반사를 최소화하고 산란은 크게 증폭해 광 흡수층 내에서 빛을 최대한 흡수할 수 있도록 했다. 발전 효율은 10%(단면 기준)로 기존 투명 태양전지 효율(5∼6%)보다 두 배가량 높고, 양면으로는 최대 15%의 효율을 낼 수 있다.
조준식 책임연구원은 "CIGS 박막 태양전지 대면적화 연구를 함께 진행해 앞으로 3년 이내 상용화할 계획"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy) 온라인판 지난달 1일 자에 실렸다.