유리창에서 전기 생산···투명한 결정질 실리콘 태양전지 개발

가시광선 투과하는 결정질 실리콘 기판 완성

[이데일리 강민구 기자] 검은 실리콘 태양전지를 투명한 실리콘 태양전지로 대체해 건물이나 자동차 유리창에 부착해 활용할 수 있는 기술이 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 서관용 에너지·화학공학부 교수팀이 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만들었다고 12일 밝혔다.

200μm 두께의 상용 결정질 실리콘 웨이퍼(왼쪽)과 200μm 두께의 상용 결정질 실리콘 웨이퍼 중간 부분에 제작된 무색·투명 결정질 실리콘 기판(오른쪽).

결정질 실리콘 태양전지는 규칙적인 원자배열 구조를 갖는 실리콘을 광활성층’으로 이용해 전기를 생산한다. 광활성층은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 부분인데, 결정질 실리콘은 광전변환 효율이 높고, 안정성도 갖춰 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 결정질 실리콘 태양전지가 차지한다.

실리콘 태양전지는 주로 가시광선 영역의 태양광을 흡수해 전기 에너지를 생산하기 때문에 투명하게 만들기는 어렵다.

서관용 교수팀은 투명한 실리콘 태양전지를 만들기 위해 실리콘 위에 미세 구조를 도입했고, 이 구조로 태양광을 투과하도록 했다. 미세구조가 있는 부분은 가시광선을 투과하고, 실리콘 영역에서는 가시광선을 포함해 태양광을 흡수하는 방식이다.

연구진은 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 조절 가능해 건물 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다.

서 교수는 “결정질 실리콘이 투명할 수 없다는 고정관념을 깼다”면서 “이번에 개발한 태양전지는 투명성, 효율, 옥외사용 안전성 등 투명 태양전지가 필요로 하는 요소들을 갖췄다”고 말했다.

연구는 한국에너지기술평가원과 한국연구재단의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘셀(Cell)’의 에너지 분야 자매지인 ‘줄(Joule)’에 12일자로 게재됐다.