한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 유연성과 투광성을 동시에 갖는 양면수광형 CIGS 박막 태양전지 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

CIGS 박막 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 4원소로 이뤄진 Cu(In,Ga)Se₂ 화합물을 유리나 플라스틱 기판에 증착해 광흡수층으로 사용하는 차세대 태양전지. 이는 실리콘 등 여타의 광흡수층 물질보다 광흡수계수가 커 얇은 박막만으로도 높은 변환효율을 보인다. 적은 소재 사용과 간소한 공정만으로도 고효율 태양전지를 제조할 수 있다. 또 다른 유기계 차세대 태양전지와 달리 화학적으로 매우 안정적이고 내구성이 높다.

최근 CIGS 박막 태양전지 기술개발은 건축물 일체형, 부착형 등 도심형 다기능 친환경 에너지원으로 바뀌는 추세다. 때문에 딱딱하고 무거운 유리 기판을 이용하는 전통의 CIGS 박막 태양전지가 아닌 초경량 유연 기판을 적용, 효율은 유지하면서 응용성을 극대화하는 연구가 이뤄지고 있다.

에너지연 태양광연구단이 개발한 CIGS 박막 태양전지는 두께가 극히 얇은 유연한 유리 기판을 적용해 유연성과 투광성을 동시에 갖는다. 기존의 두꺼운 유리기판 상에 제조된 투광형 태양전지와 비교해도 효율과 성능 특성이 우수하다. 국내 연구팀이 유연하면서도 효율이 높은 양면 투광형 박막 태양전지 구현에 성공한 것이다.

기존 비투광형 태양전지는 양면수광 구조를 구현하기 위해 별도의 공정이 필요했다. 연구단의 이번 성과는 별도의 제조 공정 없이 후면 수광을 통해 보완, 가능성을 확인했다. 연구성과는 알베도(allvedo) 모사에 의한 변환효율 측정을 통해 신뢰성도 검증됐다. 알베도 모사는 물체의 표면이 태양빛을 받았을때 반사하는 정도를 나타내는 용어. 연구팀의 양면수광형 태양광 모듈은 단면 수광형 대비 발전량이 증가하는 것으로 나타났다.

교신저자인 박주형 책임연구원은 "기존의 3단계 증착방법 대신 간소화된 단일 공정 증착방법을 이용하면서도 얇은 두께에서 높은 품질을 갖는 CIGS 광흡수층 막을 만들어 에너지 생산능력 뿐만 아니라 유연성과 투광성이 가미된 다기능 태양전지를 개발했다"고 말했다.

과제 책임자인 윤재호 단장은 "이번에 확보한 유연 반투명 CIGS 박막 태양전지의 핵심소재와 공정에 대한 원천 기술로 신규 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야 창출에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 강조했다.

이번 연구는 에너지연 주요사업인 '다기능 차세대 박막 태양전지 핵심 요소기술 개발'과 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업 '도심 분산전원용 고성능 플렉서블 무기박막 태양전지 원천기술 개발' 일환으로 수행됐다. 연구 결과는 물리화학분야 국제학술지 Advanced Functional Materials에 게재했다. 논문은 학문적으로 뛰어난 우수성을 인정받아 inside front cover로 선정됐다.