[인더스트리뉴스 최용구 기자] 태양전지 제조과정의 광산란 발생을 없애 발전 효율을 극대화시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 해당 기술은 건물을 구성하는 모든 요소에 부착 및 발전이 가능해 BIPV(건물일체형태양광시스템) 등 박막 태양전지 시장의 새로운 척도가 될 것으로 기대된다.  

과학기술정보통신부 산하 한국재료연구원(원장 이정환, 이하 재료연)은 레이저를 이용한 전사공정으로 빛을 산란시키는 구조체가 융합된 유연기판을 개발했다고 10일 밝혔다.

재료연 연구진은 레이저를 이용한 전사공정으로 빛을 산란시키는 구조체가 융합된 유연기판을 개발했다. [사진=한국재료연구원]

재료연은 “후면의 광반사를 최소화시킴으로써 높은 양면 발전성을 가진 유연기판 ‘투명 박막 태양전지’를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다”고 강조했다.  

투명 박막 태양전지의 광흡수층은 300nm 이하의 극도로 얇은 두께로 구성된다. 업계는 발생하는 전류량을 증가시키기 위해 광산란 구조를 도입하고 있다. 

다만 광산란 구조 구현 과정에서의 복잡성 등에 따라 유연기판으로의 적용이 어렵다는 한계가 있다. 현재 투명 산화물 반도체의 에칭공정과 포토리소그래피공정 등 방법이 쓰이고 있으나 제조과정이 복잡해 결함을 유발한다. 

재료연 연구팀은 부산대 송풍근 교수, 한국항공대 신명훈 교수 쪽과 함께 광산란 구조를 가진 산화아연 박막 위에 레이저 흡수층을 증착한 후 그 위에 광산란 구조체와 같은 형상을 가진 약 20㎛ 두께의 ‘광산란 구조 융합형 유연기판’을 제조했다. 레이저를 이용한 전사 공법을 통해 기존 한계를 극복했다는 설명이다. 

연구를 책임한 재료연 나노표면재료연구본부 권정대 박사는 “이때 형성된 20㎛ 두께의 유연기판은 51.9%의 광 산란도를 보였고 반대면에 형성된 실리콘 박막 태양전지는 광산란이 없는 유연기판 태양전지에 비해 효율이 9.7%만큼 개선됐다”고 설명했다. 

레이저 흡수층을 증착한 유연기판 제조공정 [자료=한국재료연구원]

이번 유연기판 투명 박막 태양전지 기술은 추가적인 자재설계 없이 기존 건물을 구성하는 모든 요소에 부착 및 발전이 가능한 것이 장점이다. 구조체로 인한 결함에서 자유롭기 때문에 다양한 박막 태양전지용 흡수체에 적용할 수 있으며 BIPV용 유연기판 투명 박막 태양전지의 고효율화를 견인할 수 있다.

아울러 후면 입사광의 손실을 최소화하는 창층설계를 통해 반사광은 줄이고 높은 수준의 양면 발전성을 확보한 것도 특징이다. 

권정대 박사는 “본 기술이 상용화되면 간단하면서도 공정상 어려움이 없는 광산란 구조 융합형 유연기판 투명 박막 태양전지를 개발할 수 있는 길이 열린다”라며, “광흡수 메커니즘이 개선된 양면 발전용 BIPV 시스템 실현 또한 가능할 것”이라고 기대했다. 

재료연에 따르면 이번 연구성과는 전자공학 분야 저널이자 네이처 자매지인 ‘엔피제이 플렉서블 일렉트로닉스(NPJ Flexible Electronics)’에 지난 3월 27일자로 게재됐다.

연구팀은 이번 연구를 바탕으로 유연기판을 이용한 BIPV의 효율적 측면 외에 심미적 측면까지 고려한 연구에 집중할 계획이다.  

[최용구 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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