버려지는 자외선도 전기에너지로···태양전지 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 기존 CIGS 유연박막태양전지에 차세대 형광물질인 페로브스카이트를 적용해 자외선·가시광·적외선 태양광을 모두 전기에너지로 변환하는 태양전지 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 장재형 전기전자컴퓨터공학부 교수와 정호중 한국광기술원 박사가 함께 하이브리드 유연박막태양전지 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

페로브스카이트를 이용해 자외선 영역의 태양광을 가시광선으로 변환시켜 전기에너지를 추가로 생산하는 CIGS·페로브스카이트 하이브리드 유연박막태양전지 모식도.<자료=광주과학기술원>

CIGS 박막태양전지는 비 실리콘 태양전지 중 에너지 변환효율이 높고, 가벼우면서 유연한 특성을 갖춰 차세대 태양전지로서 주목받고 있다.

차세대 형광 물질인 페로브스카이트는 금속과 불소, 염소, 브롬, 요오드를 지칭하는 할로겐족이 결합된 반도체 물질이다. 이 물질은 자외선을 가시광으로 변환하는 발광특성이 있어 LED, 디스플레이, 태양전지의 광 소재로 널리 사용된다.

기존 CIGS 유연박막태양전지는 자외선 영역을 포함하는 파장대역의 태양광이 태양전지 상부의 투명전극에서 흡수돼 해당 파장대역의 태양에너지를 전기에너지로 변환하지 못하는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 자외선 영역의 빛을 흡수해 가시광 대역의 빛을 발광하는 나노 결정의 CsPbBr3 페로브스카이트 고효율 형광체를 개발하고, 이를 CIGS 태양전지의 투명전극 층 위에 적용했다.

이를 통해 가시광선, 적외선, 자외선 영역을 모두 포함한 광대역 태양광을 전기에너지로 변환하는 CIGS·페로브스카이트 하이브리드 유연박막태양전지가 완성됐다.

연구팀은 기존 CIGS 박막태양전지 상부에서 발생하는 자외선 대역의 손실을 해결하고, 페로브스카이트 두께 조절로 소자 표면에서의 반사 최소화로 인한 효율을 극대화하도록 설계했다.

장재형 교수는 “고효율 유연 태양전지는 건물일체형 태양전지, 전기자동차, 드론 분야에 응용 가능할 것”이라며 “기존 파장변환 형광체 대비 제작 공정이 간단하며, 가격 경쟁력과 공 변환 효율이 우수해 차세대 하이브리드 태양전지 양산화에 역할을 할 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 지난달 28일 영국왕립학회가 발간하는 나노기술 분야 국제 학술지인 ‘나노스케일(Nanoscale)’에 게재됐다.