[인더스트리뉴스 최용구 기자] 한국재료연구원(원장 이정환, 이하 재료연)은 다양한 반사색을 나타내면서도 효율 저하가 크지 않은 ‘유연 기판 투명 박막 태양전지’를 세계 최초로 구현했다고 8월 21일 밝혔다.   

재료연에 따르면 에너지전자재료연구실 권정대 박사연구팀은 단일재료만으로 반사색을 구현하는 기술을 최근 개발했다. 연구팀은 알루미늄을 도핑한 산화아연 재료에 수소를 혼입, 굴절률의 차이를 유발하는 기법으로 색을 구현했다. 

기존 투명 박막 태양전지의 심미성 개선을 위한 색상 적용에는 △다층 박막화 기술 △광 특성 설계를 위한 색상 제어 박막층 기술 △자연 구조 모방형 구조색 기술 등이 적용됐다.

하지만 재료나 공정 관련 기법이 복합해 산업적으로 적용하기 힘들다는 한계가 있다. 넓은 반사 대역, 높은 반사도로 인해 가시광선을 흡수하는 태양전지에 부적합한 경우가 많았다. 

단일재료를 적층으로 활용해 삼원색(빨강, 초록, 파랑)을 구현한 투명 박막 태양전지 [자료=한국재료연구원]

권 박사 연구팀은 반도체, 태양전지 제조 공정에 사용되는 진공 스퍼터링(Vacuum Sputtering) 증착 방식으로 산화아연 박막을 증착했다. 아울러 수소 반응을 통해 굴절률이 다른 다층박막을 형성한 후 다층박막의 두께를 조절하는 식으로 빛의 삼원색을 구현했다. 연구팀에 따르면 가시광 영역을 흡수하는 태양전지에 적용한 실험에서도 색은 그대로 나타났다. 

연구진은 5% 이하의 낮은 굴절률 차이를 보이는 다층박막을 설계해 태양광 소자가 흡수하는 가시광 영역의 반사손실을 최소화했다. 색상 구현에 따라 태양전지 효율이 낮아지는 현상을 제어함으로써 여러 박막 태양전지용 흡수체에 적용할 수 있다는 대안을 제시했다.  

단일재료 기반의 다층박막 투명전극은 추가 공정이 필요 없다. 그만큼 낮은 비용으로 다양한 색상과 높은 효율을 구현하는 것이 가능하다. 이미지센서나 포토리소그래피용 마스크, 적외선 차폐 등 분야에 적용할 수 있다. 

재료연 관계자는 “BIPV 및 VIPV(차량일체형 태양광)용 유연 기판 투명 박막 태양전지의 심미성 증진에 관한 척도가 될 것”이라고 기대했다. 권정대 책임연구원은 “BIPV와 VIPV뿐만 아니라 본 기술이 상용화되면 광 필터 기술, 고효율 유색 유연 기판 투명 박막태양전지 개발 등에 많은 도움을 줄 수 있다”고 설명했다.

이번 연구는 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업을 통해 수행됐으며 과학기술정보통신부 지원을 받았다. 연구 결과는 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 8월 3일자로 게재됐다.  

[최용구 기자 (news@industrynews.co.kr)]

[저작권자 © 솔라투데이, 무단 전재 및 재배포 금지]