결정질 실리콘 태양전지 성공
UNIST는 에너지 및 화학공학부의 서관용 교수팀이 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만드는 데 처음 성공했다고 12일 밝혔다.
결정질 실리콘 태양전지는 ‘규칙적인 원자배열 구조를 갖는 실리콘’을 ‘광활성층’으로 이용해 전기를 생산한다. 광활성층은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는(광전변환) 부분인데, 결정질 실리콘의 경우는 광전변환 효율이 높고 안정성도 갖추고 있다. 이 덕분에 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 결정질 실리콘 태양전지가 차지한다.
하지만 실리콘 태양전지는 주로 가시광선 영역의 태양광을 ‘흡수’해 전기 에너지를 생산하기 때문에 투명하게 만들기는 어렵다. 투명한 태양전지가 되려면 가시광선을 모두 ‘투과’시켜야 하기 때문이다.
연구진은 투명한 실리콘 태양전지를 만들기 위해 실리콘 위에 ‘미세구조’를 도입했다. 이 미세구조는 우리 눈으로 식별하지 못하는 구조로 이뤄졌으며 태양광을 투과한다. 따라서 미세구조가 있는 부분에서는 가시광선을 투과하고, 그렇지 않은 실리콘 영역에서는 가시광선을 포함한 태양광을 흡수하게 된다.
연구진은 여기에다 새로 개발한 ‘투명 결정질 실리콘’을 이용한 유리 같은 ‘무색투명한 태양전지’를 완성하고 최고 12.2%의 광전변환 효율을 얻었다. 지금까지 개발된 무색·투명한 태양전지 중 가장 높았다. 광 투과율도 다양하게 조절 가능해 건물의 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다.
이번 연구는 고려대 이승우 교수팀도 공동으로 참여했다. 연구 내용은 세계적 권위의 학술지 셀(Cell)의 에너지 분야 자매지인 ‘줄(Joule)’에 12일자로 공개됐다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr