![왼쪽부터 권정대 재료연 책임연구원, 송풍근 부산대 교수, 신명훈 한국항공대 교수](https://img.etnews.com/photonews/2304/1638898_20230410160230_804_0001.jpg)
한국재료연구원이 양면 발전이 가능한 건물탑재 태양전지 통합발전(BIPV)용 박막 태양전지 공정기술을 세계 처음으로 개발했다. 빌딩용 태양전지 발전 효율을 크게 높일 수 있다.
한국재료연구원(원장 이정환, 재료연)은 권정대 나노표면재료연구본부 책임연구원이 송풍근 부산대 교수, 신명훈 한국항공대 교수와 양면 발전 기능을 갖춘 유연기판 투명 박막 태양전지 제조 공정을 세계 최초로 구현하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.
연구팀은 레이저 전사공정으로 빛을 산란하는 구조체를 유연기판에 융합하고 빛 굴절률 제어 기술을 매칭해 유연기판 후면 광반사를 최소화하는 방식으로 양면 태양전지를 개발했다.
투명 박막 태양전지는 광흡수층이 300나노미터(㎚) 이하로 얇기 때문에 발생 전류량을 높이기 위해 광산란 구조를 탑재한다. 주로 투명 산화물 반도체 에칭공정과 포토리소그래피공정으로 광산란 구조를 만들었지만 복잡하고 결함 발생 가능성도 높아 유연기판에는 적용이 어려웠다.
![레이저를 이용한 유연기판으로 광산란 구조 전사 공정.](https://img.etnews.com/photonews/2304/1638898_20230410160230_804_0002.jpg)
연구팀은 광산란 구조를 지닌 산화아연 박막 위에 레이저 흡수층을 증착하는 새로운 전사 공정으로 약 20마이크로미터(㎛) 두께의 광산란 구조 융합형 유연기판을 제조했다.
레이저를 이용한 해당 공정은 유연기판 투과도를 유지한 채 효과적으로 광산란을 일으키는 구조체를 전사해 태양전지 발전 효율을 높이는 기술이다. 구조체로 인한 결함을 최소화하고 작게는 5×5㎝에서 크게는 14×14㎝까지 태양전지 기판을 만들 수 있다. 후면 입사광 손실을 최소화하는 창층설계를 접목해 양면 발전 기능을 확보했다.
시험 결과 광산란 구조 융합형 유연기판의 광 산란도는 51.9%였고 광산란이 없는 유연기판 태양전지에 비해 효율이 9.7% 개선됐다.
권정대 책임연구원은 “유연기판 투명 박막 태양전지는 건물을 구성하는 모든 요소에 부착해 전기에너지를 만들 수 있다”며 “이 기술이 상용화되면 간단한 공정으로 광산란 구조 융합형 유연기판 투명 박막 태양전지를 제조할 수 있고 양면 발전용 BIPV시스템 실현도 가능할 것”이라 말했다.
이번 연구성과는 네이처 자매지 '엔피제이 플렉서블 일렉트로닉스' 3월 27일자에 실렸다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com