DGIST, 앞뒤로 빛 받는 ‘양면 태양전지’ 개발

대구경북과학기술원(DGIST) 연구진이 기존 태양전지의 한계를 극복한 양면 태양전지 기술을 개발해 주목받고 있다.

이번 DGIST 에너지환경연구부 김대환‧성시준 책임연구원 연구팀은 최근 구리(Cu), 인듐(In), 셀레늄(Se) 기반 화합물(CuInSe₂) 박막을 투명한 전극 기판 위에 구현하고 이를 통해 앞뒤 양면에서 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 박막 태양전지를 개발했다.

기존 박막형 태양전지는 고온 공정이 필수여서, 내열성이 낮은 투명 기판에는 적용이 어려웠다. 하지만 연구팀은 420도 이하 낮은 온도에서도 고품질의 박막을 증착할 수 있는 공정기술을 확보해, 투명 기판 기반 양면 태양전지 개발의 가능성을 열었다.

연구진은 은(Ag) 원소를 도입해 낮은 온도에서의 결정 품질을 높였고, 갈륨(Ga)의 농도 구배를 조절해 전하 이동 특성을 개선함으로써 소자의 효율을 끌어올렸다.

실제 성능 평가 결과, 전면에서 15.3%, 후면에서 8.44%의 변환 효율을 달성했으며, 양면출력밀도(BPGD)도 23.1mW/cm²에 달해 세계적 수준의 수치를 기록했다.

이번 기술은 건물 외벽이나 온실 등 양면에서 채광이 가능한 구조물에 적합해, 향후 건물 일체형 태양광(BIPV)과 농업용 태양광, 차세대 탠덤 태양전지 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

김대환‧성시준 책임연구원은 “이번 연구는 투명 기판을 사용한 박막태양전지의 효율을 높일 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”며, “특히 투명 기판 기반 고효율 양면수광 태양전지 기술의 응용 범위를 더욱 넓혀 나가겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 DGIST 융합전공 박사과정생 Ali Amanat, 에너지환경연구부 전동환 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 재료과학 분야 국제 저널 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 지난 6월17일자 온라인판 표지 논문으로 선정됐다.