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물 위 무지개 기름띠 '친환경 컬러 박막 태양전지' 되다

ETRI, 무독성 컬러 태양전지 구현
태양전지 변환효율 향상 메커니즘 규명
국내 연구진이 물 위 무지개색 기름띠에서 아이디어를 착안, 컬러 태양전지 구현에 성공했다. 보라, 녹색, 청색 등 7가지 이상 색을 구현했다.
 
ETRI(한국전자통신연구원·원장 김명준)는 기존 어두운색을 띠는 태양전지에 추가 공정이나 비용 없이 다양한 색상구현이 가능한 친환경 컬러 CIGS 박막 태양전자 개발에 성공했다고 25일 밝혔다. 세계 최초로 태양전지 변환효율 향상 메커니즘도 규명했다.
 
연구결과는 나노에너지와 프로그레스 인 포토볼태익스에 각각 게재됐다.
 
국내 연구진이 친환경 컬러 태양전지 구현에 성공했다.<사진=ETRI 제공>국내 연구진이 친환경 컬러 태양전지 구현에 성공했다.<사진=ETRI 제공>

CIGS 박막 태양전지는 태양광을 전기에너지로 변환시키는 데 사용되는 차세대 태양전지다. 유리기판 등에 CIGS를 얇은 막으로 쌓아 올려 제작된다. 비 실리콘 계열 태양전지 중 높은 광 흡수율을 가져 에너지 변환효율이 가장 뛰어나고, 안정성이 좋다는 장점이 있다. 실리콘 계열 태양전지보다 원자재 소비가 적어 공정 비용과 재료비용도 저렴하다.
 
하지만 유해 중금속인 카드뮴을 함유한 소재를 완충 층으로 사용하기 때문에 상용화가 어렵다는 단점이 있었다.
 
연구진은 황화카드뮴 대체재로 인체에 무해한 아연 함유 소재를 이용, 약 18% 수준의 유사한 변환효율을 확인했다. 또 물 위 기름띠가 무지개색으로 보이는 빛의 간섭 현상에 착안해 박막 구성층 두께를 조절함으로써 추가 공정과 비용 없이 태양전지에 7가지 이상 색을 구현하는데도 성공했다.
 
연구관계자는 "구현한 박막 태양전지 두께는 3㎛에 불과해 유리기판뿐 아니라 유연기판에 코팅할 수 있다"며 "구부리거나 접는 형태로 제작할 수 있어 건물 유리창 부착 등 차세대 친환경 에너지원으로 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다.
 
이 외에도 연구진은 태양전지가 태양 빛에 장시간 노출될수록 변환효율이 증가하는 현상의 원인도 규명했다.
 
연구책임자인 정용덕 책임연구원은 "본 기술로 컬러가 구현된 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야를 창출해 도시형 태양광 발전에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
 
연구진은 해당 기술을 태양광 모듈이나 도심형 건축물 건자재 및 이동체, 휴대용 기기 등 적용을 위한 비즈니스 모델을 개발하고 상용화 지원 절차를 진행할 계획이다. 또 친환경 색상 구현기술을 유연기판에 적용해 가벼우면서도 심미성이 뛰어난 고효율 태양전지를 개발할 계획이다.
 
이번 연구는 조대형, 이우정 박사가 논문 1저자로, 정용덕 책임연구원이 교신저자로 참여하고 KAIST, 연세대, 포스텍이 연구에 참여했다.
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