KETI, 창문 유리에 붙이는 고효율 투명 태양전지 개발

투명 발광 태양광집광판 적용…효율 5.33% 세계 최고 수준

창문 유리에 붙여 전기를 생산하면서도 바깥 경치를 그대로 볼 수 있는 고효율 투명 태양전지가 나왔다.

한국전자기술연구원(KETI·원장 김영삼)은 고효율 투명 발광 태양광집광판(LSC)을 적용한 창호형 태양광 모듈을 개발했다고 27일 밝혔다.

KETI가 개발한 창호형 고효율 투명 태양전지는 기존 건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 방식의 어려움을 해소할 뿐만 아니라 유리에 붙여 사용할 수 있게 투명한 데다 전력을 생산하고, 열에너지 보전 기능을 동시에 수행할 수 있다.

KETI가 개발한 LSC가 적용된 창호형 투명 태양전지(왼쪽)와 일반창호

KETI는 양자효율 90% 이상인 파장 선택성 양자점과 파장이 매칭되는 갈륨비소(GaAs) 태양전지가 적용된 LSC 모듈 개발에 성공해 5cm×5cm 단위셀이 5.33% 발전 효율을 갖는 최고 수준의 고투명 LSC를 제조할 수 있게 됐다. 현재 투명 LSC가 적용된 세계 최고 수준 발전효율은 5cm×5cm 단위셀 기준 ECN(Energy research Centre of the Netherlands)이 보유한 5.30%다.

특히 참여 기관들과 공동연구로 핵심 소재인 고효율 근적외선 양자점 소재(홍익대) 뿐만 아니라 파장 선택성 고효율 플렉서블 GaAs 태양전지(한국나노기술원)까지 해외 의존에서 탈피한 독자 기술을 확보해 국산화할 수 있게 됐다.

KETI는 관련 특허를 국내 12건, 해외 19건 출원해 국내 7건, 해외 1건을 등록했다.

KETI 관계자는 “고효율 LSC를 개발한 게 이번 기술을 구현한 포인트”라며 “LSC를 적용하면 투명한 특성을 유지하면서도 입사되는 빛의 상당량을 수평면으로 보낼 수 있기 때문에 수평면에 태양전지를 설치하면 투명한 특성을 유지한 채 태양광 발전을 할 수 있다”고 설명했다.

일반 투명소재와 LSC가 적용된 소재의 차이

KETI는 최근 전력 소모가 많은 고층 빌딩을 중심으로 전력 송배전 손실까지 절약할 수 있는 BIPV 방식이 주목받고 있지만 기존 실리콘 태양전지를 빌딩 벽면에 붙이는 방식은 설치하기 어렵고 태양광 각도에 따라 효율이 낮아질 뿐 아니라 창호 면적 증가로 설치 면적이 줄어드는 등의 어려움이 있다고 전했다.

한철종 KETI 디스플레이연구센터장은 “퀀텀닷은 미래 핵심 소재로 이번 기술개발을 통해 디스플레이뿐만 아니라 투명 태양전지 분야에도 적용 가능함을 확인했다”며 “앞으로 창호, 차음벽, 전기자동차 선루프 등에 적용하면 투명하면서도 태양광 발전을 할 수 있기 때문에 사업성 과 사회적 파급효과가 높을 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 기술은 산업통상자원부의 ‘신재생에너지핵심기술개발사업’으로 지원된 ‘에너지 하베스팅 및 단열 성능을 고려한 창호형 태양광 모듈 개발’ 과제를 통해 개발됐다. 연구에는 한국나노기술원, 홍익대, 경기대, 영동테크윈, LG화학이 공동 참여했다.