2024-05-22 10:46 (수)
유연기판 투명 박막 태양전지 세계 첫 개발
유연기판 투명 박막 태양전지 세계 첫 개발
  • 황철성 기자
  • 승인 2023.04.10 20:52
  • 댓글 0
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재료연 권정대 박사 연구팀
전사 공법 개발ㆍ공정 한계 극복
기존 전지 대비 효율 9.7% 개선
왼쪽부터 권정대 박사 , 최수원 학생, 송풍근 교수, 신명훈 교수
왼쪽부터 권정대 박사 , 최수원 학생, 송풍근 교수, 신명훈 교수

한국재료연구원(이하 재료연) 나노표면재료연구본부 권정대 박사연구팀이 높은 양면 발전성을 가진 유연기판 투명 박막 태양전지를 세계 최초로 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 부산대 송풍근 교수, 한국항공대 신명훈 교수 연구팀과 함께 광산란 구조를 가진 산화아연 박막 위에 레이저 흡수층을 증착한 후, 그 위에 광산란 구조체와 똑같은 형상을 가진 약 20마이크로미터(㎛) 두께의 광산란 구조 융합형 유연기판을 제조해, 레이저를 이용한 전사 공법을 개발 및 기존 공정의 한계를 극복했다.

이때 형성된 20㎛ 두께의 유연기판은 51.9%의 광산란도를 보였으며, 반대 면에 형성된 실리콘 박막 태양전지는 광산란이 없는 유연기판 태양전지에 비해 효율이 9.7%만큼 개선됐다.

이 기술은 레이저를 이용해 유연기판의 투과도를 감소시키지 않고도 효과적으로 광산란을 발생하는 구조체를 전사 및 융합해 태양전지의 발전 효율을 높이는 기술이다.

특히, 태양전지 소자는 광산란 구조체의 반대쪽 면에 성장해 구조체로 인한 결함이 발생하지 않고 재료 본연의 특성으로 인한 결함 최소화가 가능해, 다양한 박막 태양전지용 흡수체에 적용 및 BIPV용 유연기판 투명 박막 태양전지의 고효율화 척도가 될 것으로 기대된다.

또한 후면 입사광의 손실을 최소화하는 창층설계로 반사광을 감소시켜 높은 수준의 양면 발전성까지 확보했다.

유연기판 투명 박막 태양전지 기술은 기존의 건물에 추가적인 자재설계 없이, 건물을 구성하는 모든 요소에 부착 및 발전이 가능하다.

기존 대비 상대적으로 높은 효율을 갖는 유리/금속 기판에 형성된 태양전지 시장을 낮은 비용으로 효과적으로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 영농형 태양광 발전 등 좀 더 다양한 분야로 적용이 가능할 것으로 예상된다.

연구책임자인 재료연 권정대 책임연구원은 "본 기술이 상용화되면 간단하면서도 공정상 어려움이 없는 광산란 구조 융합형 유연기판 투명 박막 태양전지의 개발과 더불어, 광흡수 메커니즘이 개선된 양면 발전용 BIPV 시스템 실현이 가능할 것으로 기대하고 있다"고 말했다.

한편, 지금까지의 연구는 주로 태양전지에 적용되는 투명 산화물 반도체의 에칭공정과 포토리소그래피공정을 이용해 광산란 구조를 만들어 발생시켜왔다.

하지만 이러한 공정은 제조공정이 복잡하거나 결함을 발생시킬 가능성이 커 유연기판에 적용하기 어려운 한계가 있었다.

 


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