태양광 혁신을 이끌어낼 놀라운 돌파구

한국의 한 연구진이 태양광 분야에서 새로운 기준을 제시했다.

테크 익스플로어(Tech Explore)의 보도에 따르면, 한국 대구경북과학기술원(DGIST)의 김대환·성시준 연구팀은 투명 전극 기반에서 양면으로 전기를 생산할 수 있는 박막 태양전지를 성공적으로 개발했다.

새로운 태양전지는 최대 23.1 mW/cm²의 발전 밀도를 달성했다.

기존의 단면형 태양전지와 달리 이번에 개발된 양면 박막 태양전지는 낮은 온도에서 제조가 가능해 생산 비용 절감과 공정 단순화가 가능하다. 연구진은 은(Ag)을 첨가하고 갈륨(Ga)을 정교하게 적층하는 과정을 통해 전하 전달 능력을 개선했으며, 그 결과 전면 효율 15.3%, 후면 효율 8.44%를 기록했다. 양면 발전 밀도를 합산하면 23.1 mW/cm²에 이르며, 이는 현재까지 보고된 동종 태양전지 가운데 최고 수준의 성과로 평가된다.

일반 태양전지는 한쪽 면에서만 빛을 흡수하지만, 양면 태양전지는 주변 표면(지붕, 눈 등)에서 반사되는 빛까지 활용할 수 있어 발전 잠재력을 두 배로 높인다. 이는 건물 옥상이나 농지 위 태양광 설비, 차세대 태양전지 응용 분야에서 특히 주목받고 있다.

동일한 크기의 태양전지 효율이 높아지면 태양광 에너지가 더 널리 보급되고 비용 또한 저렴해질 수 있다. 또한 투명 기판 설계는 창문, 건물 외벽, 온실 지붕 등에도 적용 가능해 건물 자체가 수직형 ‘태양광 발전소’로 전환될 수 있다. 이는 농업 생산에 지장을 주지 않으면서도 에너지 생산을 가능하게 한다.

이 같은 성과는 양면 박막 기술에서 비롯됐다.

양면 박막 태양전지는 석유·가스 등 오염 에너지원에서의 전환을 촉진하고, 가정과 기업의 전기 요금을 절감할 수 있다. 더 깨끗한 전력망은 천식, 뇌졸중, 심장병 등 대기오염 관련 질환 위험을 줄이는 데에도 기여할 수 있다.

연구진은 “이번 연구는 투명 기판 기반 박막 태양전지의 효율을 높일 수 있는 새로운 가능성을 열었다”며 “앞으로 고효율 양면 태양전지 기술의 응용 범위를 지속적으로 확대할 계획”이라고 밝혔다. 아직은 연구 단계에 머물러 있지만, 양면 박막 태양전지는 상용화 규모 확대에 점점 가까워지고 있으며 향후 보편적인 대안으로 자리 잡을 가능성이 높다는 전망이다.