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Climate Technology
Climate Technology NEWS
Title | 에너지연, 차세대 투명 태양전지로 탄소중립사회 구현 |
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- 태양빛으로 전기를 생산하고 시각적인 투광성도 함께 구현하는 미래형 에너지하베스팅 투명 태양전지 기술개발 □ 2050 탄소중립 사회구현을 위한 에너지 전환과 그린뉴딜 추진의 핵심과제로 재생에너지 확대 노력이 가속화되고 있는 가운데 차세대 고부가가치 태양광 분야에 적용할 수 있는 미래형 에너지하베스팅* 태양전지 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. ■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 전기생산과 함께 태양빛의 일부를 투과시켜 시각적인 투광성도 동시에 확보할 수 있는 고효율 CIGS* 양면투광 태양전지 핵심기술을 개발했다. 개발기술을 통해 가시광 투과도 10% 이상에서 발전효율이 단면 10%와 양면 15% 이상의 성능을 확보했다. 이 세계최고 수준의 연구결과는 재료과학분야 저명 국제 학술지인 Nano Energy**에 게재됐다. (온라인 게재 2020.01.01.; 오프라인 2020.04.01. 예정) ■ 이러한 문제를 해결하기 위해 태양광연구단 조준식 책임연구원(교신저자)은 빛조사나 온습도 내구성이 우수한 무기소재인 CIGS 광흡수층 양쪽면에 기존 몰리브데늄(Mo) 금속전극과 달리 빛가림이 없는 인듐주석 산화물(Sn-doped indium oxide; ITO) 투명전극을 사용했다. 또한 광흡수층의 두께를 입사된 가시광의 일부를 투과시킬 수 있는 0.3마이크로미터 이하로 정밀 제어해 자체적인 투과가 가능한 양면발전형 투명 태양전지 기술을 개발했다. ■ 이 기술은 기존 CIGS 태양전지 제조에 사용한 복잡한 3단계 동시증발공정 대신 단순하고 재현성이 우수한 단일단계 동시증발공정을 사용해 증착시간은 절반수준으로 줄이고 광흡수층 두께는 기존 2마이크로미터에서 0.3마이크로미터 이하로 줄여 기존 공정보다 소재 사용량과 공정시간을 10분의 1수준으로 획기적으로 절감했다. 이와 함께 가시광이 투과될 수 있는 얇은 광흡수층과 양면 투명전극을 이용한 소자 구조로 자연스러운 투광성을 확보할 수 있어 기존 기술대비 생산수율을 높이고 제조비용도 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. ■ 얇은 광흡수층 사용으로 발생할 수 있는 효율 저하는 나노 표면구조를 갖는 저반사 광산란층을 새로이 적용하고 태양전지 양쪽면에서 빛을 동시에 흡수할 수 있는 소자구조 실현을 통해 광이용율을 향상시켜 해결했다. 저반사 광산란층 기술은 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)이라고 불리우는 고분자 위에 나노임프린팅* 기술을 이용해 마이크로미터 크기의 거친 표면형상을 만들었다. 그리고 이를 투명 태양전지 전면에 부착시켜 입사광의 산란을 크게 함과 동시에 반사도 최소화해 얇은 광흡수층 내에서도 빛을 최대한 흡수시킬 수 있는 방법이다. 또한 제조된 투명 태양전지는 양면 투광구조를 갖고 있기 때문에 전면과 후면에서 입사되는 직달광과 산란광을 모두 전기 생산에 사용할 수 있어 기존 단면 구조 태양전지에 비해 20%이상 향상된 전력생산이 가능하다. ■ 재생에너지연구소 곽지혜 소장은 “개발기술은 차별화된 새로운 소자구조와 공정을 이용해 기존 상용 태양전지 기술의 성능과 응용한계를 극복할 수 있는 태양전지 초격차 기술로 발전이 가능하다.”며 “다양한 태양광 응용분야 발굴을 통한 태양광 보급 확대로 정부가 추진 중인 탄소중립과 그린뉴딜 정책 실현에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다. |
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Category | Tech trends(Korea) |
Source | 국가과학기술연구회 |
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