화학뉴스

한국에너지기술연구원이 태양광으로 전기를 생산하는 CIGS 투명 태양전지 기술을 개발했다.
최근 체열로 충전하는 스마트워치, 자동차 진동으로 충전하는 스마트폰처럼 태양광, 바람, 물, 진동 등 일상생활에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술이 주목받고 있다.
투명 태양전지는 전기 생산 뿐만 아니라 빛 투과 효과도 있어 건물 외벽과 창호, 도시 구조물 등 다양한 분야의 에너지 하베스팅 전지로 부상하고 있다.
특히, 구리(Cu)와 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)으로 이루어진 화합물 기반인 CIGS 박막 태양전지 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
CIGS 박막 태양전지는 광 흡수율이 높아 차세대 태양전지로 주목고 있으나 투광성을 확보하기 위해 전지의 일부를 긁어내거나 구멍을 뚫는 등 방식으로 제작할 수밖에 없어 손상으로 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
연구팀은 CIGS 광 흡수층 양쪽에 기존 몰리브데넘(Molybdenum) 금속전극 대신 투명한 인듐 주석 산화물 전극을 사용했고 광 흡수층의 두께도 기존 2마이크로미터에서 0.3마이크로미터 이하로 줄여 가시광 투과율을 높였다.
얇은 광 흡수층과 양면 투명전극 이용으로 자연스럽게 투광성을 확보할 수 있어 기존 기술보다 공정이 간단하고 제작 시간도 줄였으며 얇은 광 흡수층 때문에 발생하는 효율 저하 문제는 나노 표면구조의 저반사 광 산란층을 설계해 해결했다.
들어오는 빛의 반사를 최소화하고 산란은 크게 증폭해 광 흡수층 안에서 빛을 최대한 흡수할 수 있도록 했으며 발전효율이 단면 기준 10%로 기존 투명 태양전지의 5-6%보다 2배 높았고 양면으로는 최대 15%에 달하는 것으로 알려졌다.
조준식 책임연구원은 “CIGS 박막 태양전지 대면적화 연구를 함께 진행해 앞으로 3년 안에 상용화할 계획”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지 나노 에너지(Nano Energy) 온라인판 1월1일자에 게재됐다. (강윤화 선임기자)