UNIST 에너지 및 화학공학부의 서관용 교수팀은 어둡고 탁한 색을 띠는 ‘결정질 실리콘 태양전지’를 투명하게 만드는 데 처음으로 성공했다. 사람 눈으로는 식별할 수 없는 신개념 마이크로 구조를 적용한 획기적인 결과물이다.
결정질 실리콘 태양전지는 ‘규칙적인 원자배열 구조를 갖는 실리콘’을 ‘광활성층’으로 이용해 전기를 생산한다. 광활성층은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는(광전변환) 부분인데, 결정질 실리콘의 경우는 광전변환 효율이 높고 안정성도 갖추고 있다.
이 덕분에 현재 태양전지 시장의 90% 이상을 결정질 실리콘 태양전지가 차지한다.
하지만 실리콘 태양전지는 주로 가시광선 영역의 태양광을 ‘흡수’해 전기 에너지를 생산하기 때문에 투명하게 만들기는 어렵다. 투명한 태양전지가 되려면 가시광선을 모두 ‘투과’시켜야 하기 때문이다.
서관용 교수팀은 투명한 실리콘 태양전지를 만들기 위해 실리콘 위에 ‘미세구조’를 도입했다. 이 미세구조는 우리 눈으로 식별하지 못하는 구조로 이뤄졌으며 태양광을 투과한다. 따라서 미세구조가 있는 부분에서는 가시광선을 투과하고, 그렇지 않은 실리콘 영역에서는 가시광선을 포함한 태양광을 흡수하게 된다.
제1저자인 이강민 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 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.
한 발 나아가, 연구진은 새로 개발한 ‘투명 결정질 실리콘’을 이용한 유리 같은 ‘무색투명한 태양전지’를 완성하고 최고 12.2%의 광전변환 효율을 얻었다. 지금까지 개발된 무색·투명한 태양전지 중 가장 높았다. 광 투과율도 다양하게 조절 가능해 건물의 유리창부터 자동차 선루프까지 다양한 분야에 응용할 수 있다. 정인준 기자