희귀원소 사용·시간·비용 획기적 절감
국내 연구진이 건물 외벽에 '바를 수 있는' 태양광 전지 상용화 기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정신기술연구본부 민병권 본부장 연구팀이 '건물일체형 태양광전지'(BIPV·Building Integrated Photovoltaic) 발전에 필요한 박막 태양전지의 광흡수층 두께를 5분의 1로 줄여 생산경비와 제조시간을 획기적으로 줄였다.
BIPV는 태양광 전지를 건축자재로 활용해 건물을 통째로 태양광 발전시설로 만드는 발전 방식이다. 우리나라는 2050년 탄소중립을 이루기 위해 전력의 90%를 태양광으로 대체하는 것을 목표로 하고 있다. 하지만 국토의 70%가 산지이고, 태풍과 같은 자연재해가 자주 발생하는 탓에 기존 실리콘 태양전지만으로는 보급 확대가 어려운 실정이다. 이에 따라 현실적인 대안으로 BIPV가 주목받고 있다.
다만 BIPV는 생산단가가 높아 기존 실리콘 태양전지에 밀려난 상황이었다. BIPV는 광흡수 계수가 매우 커 얇은 박막으로도 높은 변환 효율을 갖춘 CIGS 무기박막을 사용한다. CIGS는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 4가지 원소를 가리킨다. 고가의 희귀원소인 인듐 및 갈륨을 포함하기 때문에 비용이 많이 든다.
게다가 무기박막 태양전지는 '진공증착' 방식으로 만들어진다. 진공 상태에 피복될 물체와 그 표면에 부착시키려는 금속을 넣어둔 뒤 전기로 금속입자를 가열해 증발시키면 그 금속입자를 차가운 물체 표면에 응축해서 부착하는 방식이다. 해당 제조방식 역시 비용이 높고, 제조 시간도 오래 걸린다.
그런데 KIST 연구팀이 지난 10여년간 연구 끝에 기존의 '진공증착' 방식의 공정을 저가의 '용액인쇄' 방식 공정으로 바꿔 무기박막의 광흡수층 두께를 2~3㎛(마이크로미터)에서 0.5㎛ 수준으로 5분의 1가량 줄이는 데 성공한 것이다. 이를 통해 고가의 희귀원소 사용량과 제조 시간 및 비용을 크게 줄여 생산성을 크게 높일 수 있었다.
연구팀은 안정적으로 용액을 페인트칠하듯 바르는 바코팅 기술을 확보해 이미 태양전지 전문 중소기업에 이전을 완료한 상태다. 연구팀은 1일 "건물일체형 태양광전지에 사용되는 고안정성 무기박막 태양전지의 경제성을 크게 높이는 기술을 개발해 전문 중소기업에 기술 이전까지 완료했다"고 밝혔다.
KIST 민병권 본부장은 "인쇄 태양전지 기술은 아직 상용화에 성공하지 못한 도전적인 분야이지만, 실험실 수준에서는 이미 세계 최고 기술을 확보하고 있기 때문에 기업과 긴밀한 협업을 진행한다면 머지 않은 미래에 세상을 놀라게 할 새로운 태양전지를 시장에 내놓을 수 있을 것"이라고 밝혔다.
해당 연구논문은 에너지 분야 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials) 최신호에 게재됐다.
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