울산과학기술원(UNIST) 연구진이 불투명한 태양전지를 투명하게 만드는 데 성공했다.

이 기술을 적용하면 건물이나 자동차에 사용되는 유리를 태양전지로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

서관용 에너지 및 화학공학부 교수팀은 어둡고 탁한 색을 띠는 '결정질 실리콘 태양전지'를 투명하게 만드는 데 최초로 성공했다.

결정질 실리콘 태양전지는 규칙적인 원자 배열 구조를 갖는 실리콘을 광활성층으로 이용해 전기를 생산한다.

▲ 일반 결정질 실리콘 기판(왼쪽)과 서관용 교수팀이 개발한 투명 실리콘 기판 비교.

광활성층은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환(광전변환)하는 부분인데, 결정질 실리콘은 광전변환 효율과 안정성이 높다.

현재 태양전지 시장의 90% 이상을 결정질 실리콘 태양전지가 차지하고 있다.

그러나 실리콘 태양전지는 주로 가시광선 영역의 태양광을 흡수해 전기에너지를 생산하기 때문에 투명하게 만들기는 어렵다.

투명한 태양전지가 되려면 가시광선을 모두 투과시켜야 하기 때문이다.

서 교수팀은 투명한 태양전지를 만들기 위해 실리콘 위에 미세구조를 도입했다.

이 미세구조는 우리 눈으로 식별하지 못하는 구조로 이뤄졌으며, 태양광을 투과한다.

따라서 미세구조가 있는 부분에서는 가시광선을 투과하고, 나머지 실리콘 영역에서는 가시광선을 포함한 태양광을 흡수하게 된다.

여기서 더 나아가 연구진은 투명 결정질 실리콘을 이용해 유리 같은 무색투명한 태양전지를 완성하고, 최고 12.2%의 광전변환 효율을 얻었다.

이는 지금까지 개발된 무색·투명한 태양전지 중 가장 높은 효율이다.

광 투과율도 조절할 수 있어 건물 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다.

또 기존 실리콘 태양전지 제조시설을 그대로 이용할 수 있어 상용화 가능성이 크고, 투명 결정질 실리콘 제작 기술은 다른 실리콘 기반 전자소자를 투명하게 만드는 연구로도 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

서 교수는 "'결정질 실리콘은 투명할 수 없다'는 고정관념을 깬 의미 있는 연구"라며 "이번에 개발한 태양전지는 투명성뿐 아니라, 높은 효율과 옥외사용 안정성 등 투명 태양전지가 필요로 하는 모든 요소를 만족한다"고 강조했다.

이번 연구는 고려대 이승우 교수팀도 공동으로 참여했다.

연구 내용은 국제 학술지 셀(Cell)의 에너지 분야 자매지인 줄(Joule) 12일 자에 공개됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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