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'컬러 태양전지 나온다'…ETRI, 친환경 컬러 박막 태양전지 개발

국내 연구진이 도심 미관에 도움을 줄 수 있는 컬러 태양전지 구현에 성공하고 태양전지의 효율 향상 메커니즘을 규명했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 기존 어두운 색을 띠는 태양전지에 추가 공정이나 비용없이 다양한 색상구현이 가능한 '친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지' 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

CIGS는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)으로 이뤄진 화합물이다.

또 연구진은 광펌핑 테라헤르츠 분광법을 이용해 태양전지의 효율 향상 메커니즘을 세계 처음으로 규명했다.

이번 연구결과는 에너지분야 국제 학술지인 '나노 에너지(Nano Energy)'와 '프로그레스 인 포토볼태익스(Progress in Photovoltaics)' 온라인판에 각 지난 5월, 3월 게재됐다.

CIGS 박막 태양전지는 태양광을 전기에너지로 변환시키는데 사용되는 차세대 태양전지로 유리기판 등에 CIGS를 얇은 막으로 쌓아 올려 만들어진다.

비실리콘 계열 태양전지 중 높은 광 흡수율을 가져 에너지 변환효율이 매우 뛰어나고 안정성이 좋다는 장점이 있으며 실리콘 계열 태양전지에 비해 적은 원자재 소비, 저렴한 공정 및 재료비용의 특징도 갖고 있다.

하지만 유해 중금속인 카드뮴을 함유한 소재를 완충층으로 사용하기 때문에 상용화가 어렵다는 단점이 있다.

이에 따라 ETRI 연구진은 인체에 무해한 아연(Zn) 함유 소재를 황화카드뮴(CdS) 대체재로 활용, 약 18% 수준의 유사 변환효율(태양 빛에서 전기 에너지로 전환되는 비율)을 내는 데 성공했다.

또 추가 공정이나 비용없이 태양전지에 보라, 녹색, 청색 등 7가지 이상의 색깔을 구현해낼 수 있도록 했다.

연구진은 물 위에 떠 있는 기름띠가 무지개색으로 보이는 빛의 간섭 현상에 착안해 박막 구성층 두께를 조절, 여러 색깔을 구현하는데 성공했다고 설명했다.

제작된 박막 태양전지의 두께는 3㎛에 불과하고 유리기판 뿐만 아니라 유연기판에 코팅도 가능하다.

구부리거나 접을 수 있는 형태로 제작할 수 있어 건물 유리창에 부착하는 등 차세대 친환경 에너지원으로 활용폭이 넓다.

특히 연구진은 광펌핑 테라헤르츠 분광법을 이용해 태양전지 내 전하의 움직임을 측정, 태영전지 효율 향상의 원리를 세계 최초로 확인했다.

정용덕 책임연구원은 "이 기술로 컬러가 구현된 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야를 창출해 도시형 태양광 발전에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 이번 친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 제조 기술을 태양광 모듈이나 도심형 건축물 건자재, 휴대용 기기 등에 적용키 위한 비즈니스 모델 개발에 나설 계획이다.

ETRI 강성원 ICT창의연구소장은 "전력의 수요-공급이 불균형한 현대사회에서 차세대 신재생 에너지원을 확보하는 일이 매우 중요하다"며 "미래사회를 대비키 위한 박막 태양전지 기술 개발을 선도하고 친환경 미래 에너지원 확보에 기여할 것"이라고 말했다.

충청비즈  cbiz0419@naver.com

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