국내 연구진이 앞뒤로 태양광을 받을 수 있는 양면 태양전지를 개발했다.
대구경북과학기술원(DGIST) 에너지환경연구부(융합전공 겸직) 김대환·성시준 연구팀은 구리(Cu), 인듐(In), 셀레늄(Se)으로 만든 CuInSe2 박막 태양전지를 투명한 전극 기판 위에 구현해 양면에서 동시에 빛을 흡수하는 '양면수광 태양전지 기술'을 개발했다고 1일 밝혔다.
양면수광 태양전지는 같은 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있어 주목받고 있지만 이를 구현하려면 빛이 통과할 수 있는 투명한 전극 기판을 사용해야 한다. 기존 박막 태양전지는 제작에 높은 온도를 요구해 내열성이 낮은 투명 전극으로는 우수한 특성을 얻기 어려웠다.
이에 연구팀은 420℃ 이하 온도에서 작동하며 좁은 띠간격을 갖는 화합물 박막 태양전지 기술을 개발했다. CuInSe2 화합물을 형성하는 과정에서 은(Ag)을 함께 도입해, 낮은 증착 온도에서도 고품질 화합물 증착이 가능하도록 했다. 또 CuInSe2 하부에 갈륨(Ga) 원소의 경사 구배를 유도해 전하 운반 및 재결합 특성을 개선함으로써, 소자 효율을 높였다.
이를 통해 투명 기판을 활용한 양면수광 CuInSe2 박막태양전지의 성능을 개선했다고 연구팀은 설명했다. 투명 기판을 사용한 좁은 띄간격 박막태양전지에서 전면 효율 15.3% 및 후면 효율 8.44%라는 세계적 수준의 성과를 달성했고, 양면수광 성능 측정에서도 23.1 mW/cm²의 양면출력밀도(BPGD)를 기록하며 높은 효율을 입증했다.
이 기술은 낮은 온도에서도 제작이 가능해 생산 공정이 간단하며, 향후 건물형 태양광 발전, 농업용 태양광 발전, 고효율 탠덤 태양전지 등에 폭넓게 활용될 수 있다.
김대환·성시준 책임연구원은 "이번 연구는 투명 기판을 사용한 박막태양전지의 효율을 높일 수 있는 새로운 가능성을 제시했다"며 "투명 기판 기반 고효율 양면수광 태양전지 기술의 응용 범위를 더욱 넓혀 나가겠다"고 말했다.
이번 연구결과는 재료 분야의 저명 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 게재됐다.
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