태양광과 태양열을 동시에 활용해 전기를 생산해내는 신개념의 미래형 태양전지 소자가 국내 기술로 개발됐다.

한양대학교 화학공학과 이정호 교수팀은 22일 "태양광을 전기로 바꾸는 태양전지(PV)와 태양열을 전기로 바꿀 수 있는 열전소자(TE)를 통합해 에너지 변환 효율을 크게 높일 수 있는 열전 나노소자(Unified solar thermal conversion nanodevice)를 개발해 최근 특허출원했다"고 밝혔다. 이번에 개발된 통합형 태양전지 소자는 기존 실리콘 기판을 활용한 태양전지보다 저렴한 비용으로 태양에너지를 더 많이 전기로 전환시킬 수 있어 경제성이 획기적으로 향상됐다는 것이 이 교수팀의 설명이다.

이 교수는 "기존 실리콘 태양전지 제작 비용의 절반 이하 비용으로도 1.5배 이상의 효율을 내는 것으로 확인됐다"며 "기존 태양전지보다 3배 이상 높은 경제성을 확보한 셈"이라고 설명했다.

기존 태양전지 소자인 실리콘 기판은 전기를 생산하는 구조인 'pn junction'이 기판 내에 형성돼 있어 태양빛이 내리쬐는 방향과 전하의 이동 흐름이 같은 축에 형성된다. 이 때문에 고효율을 얻기 위해서는 순도가 높은 고가의 실리콘 기판을 사용해야 하는 단점이 있었다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 직경 2㎛ 두께의 연필 형태 원통형 침(마이크로 와이어)을 기판 위에 2㎛ 간격으로 촘촘히 세웠다. 기판은 열을 전기에너지로 전환하는 열전소자로 만들었다. 이를 통해 태양빛을 흡수할 수 있는 기판의 표면적을 획기적으로 넓히고 열로 손실되는 에너지의 상당 부분을 전기에너지로 전환시키는 데 성공했다.

이 교수는 "마이크로 와이어의 밀도를 지금보다 더 향상시킬 경우 전기생산량을 좌우하는 p-n junction의 면적을 평평한 형태의 박막태양전지보다 몇 배 이상 높일 수 있다"고 소개했다.

특히 소자 표면적이 고온으로 올라갈 경우에도 전기생산량이 높아 저순도의 실리콘 기판을 써도 고효율을 달성할 수 있다고 연구팀은 강조했다. 이 교수는 "현재 태양전지에서 그대로 버려지고 있는 태양열을 태양빛과 동시에 전기로 변환시키는 기술은 아직까지 전 세계적으로 연구가 진행 중인 단계"라며 "이 기술을 먼저 상용화할 경우 무한 에너지인 태양광을 활용하는 부문에서 선진국보다 한 단계 앞선 기술력을 확보하게 될 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이정호 교수팀은 오는 27일 서울 역삼동 한국기술거래소에서 기술설명회를 열고 이 기술을 민간부문에 이전할 계획이다.

이관우 기자 leebro2@hankyung.com