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시커먼 실리콘 태양전지 투명하게도 만든다

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시커먼 실리콘 태양전지 투명하게도 만든다

2019.12.12 12:00
상용된 결정질 실리콘 웨이퍼(왼쪽)와 서관용 교수팀이 개발한 투명 결정질 실리콘 웨이퍼. 둘다 두께가 200µm로 같은 데에 비해, 서 교수팀이 개발한 웨이퍼는 투명하다. UNIST 제공
상용된 결정질 실리콘 웨이퍼(왼쪽)와 서관용 교수팀이 개발한 투명 결정질 실리콘 웨이퍼. 둘다 두께가 200µm로 같은 데에 비해, 서 교수팀이 개발한 웨이퍼는 투명하다. UNIST 제공

국내 연구진이 건물 외벽과 자동차 유리창을 태양전지로 대체할 기술을 개발했다. 사람 눈으로는 식별할 수 없는 신개념 마이크로 구조를 적용한 결과다. 

 

서관용 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수와 이승우 고려대 융합대학원 교수 연구팀은 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만드는 데 성공했다고 12일 밝혔다. 

 

결정질 실리콘 태양전지는 원자가 규칙적인 배열된 구조다. 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 광활성층을 이용해 전기를 생산한다. 결정질 실리콘은 광활성층의 솽전변환 효율이 높도 안정적이다. 그래서 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 차지하고 있다. 하지만 태양광 중 주로 가시광선 영역을 흡수하기 때문에 투명하게 만들기가 어렵다. 태양전지가 투명하면 가시광선을 모두 투과시키기 때문이다.  

 

서 교수팀은 실리콘 위에 사람 눈에 보이지 않을 정도의 미세구조를 도입해 이를 해결했다. 이 미세구조가 있는 부분은 가시광선을 투과시키고, 미세구조가 없는 부분은 가시광선 등 태양광을 흡수한다. 유리창처럼 투명하면서도 태양에너지를 전기로 바꿀 수 있게 됐다. 

 

연구팀은 이 투명 결정질 실리콘으로 태양전지를 만들고 광전변환 효율을 최고 12.2%나 얻었다. 지금까지 다양한 소재로 개발된 투명한 태양전지 중 가장 높다. 광 투과율도 다양하게 조절 가능해 건물의 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다.
 
제1저자인 이강민 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “사람은 두 물체와 눈이 이루는 각도가 60분의 1도 이하이면 두 물체를 식별하지 못한다”며 “이 원리를 이용해 눈에 보이지 않는 미세구조를 만들었고, 실리콘 태양전지도 투명하게 만들 수 있었다”고 설명했다. 

 

공동 1저자인 김남우 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “이번에 개발된 투명 태양전지는 기존 실리콘 태양전지 제조시설을 그대로 이용할 수 있어 상용화 가능성이 크다”며 “특히 투명 결정질 실리콘 제작 기술은 태양전지뿐 아니라 다른 실리콘 기반 전자소자를 투명하게 만드는 연구로도 확장될 수 있다”고 기대했다. 
 
서관용 교수는 “결정질 실리콘 태양전지는 투명할 수 없다는 고정관념을 깼다”며 “투명성뿐 아니라 높은 전기 생산 효율과 옥외 사용 안정성 등 투명 태양전지가 필요로 하는 모든 요소를 만족한다”고 강조했다.

 

이 연구 결과는 국제학술지 ‘줄’ 12일자에 발표됐다.

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