투명하고 유연한 태양전지 개발…창문, 휴대용 등 다양한 소재에 활용 가능

투명태양전지의 투명도를 조절한 사진(왼쪽)과 투명태양전지를 전자현미경으로 촬영한 모습. /사진제공=UNIST

투명하면서도 유연한 태양전지가 개발됐다. 건물 창문은 물론 휴대용이나 웨어러블 장치 등 다양한 소재에 활용 가능하다.

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 최경진 교수팀은 막대 모양의 실리콘과 투명한 고분자 기판을 조합해 유연하면서도 투명한 전지를 만들었다고 26일 밝혔다.

햇빛(태양광)은 물질과 만나면 흡수되거나 투과되거나 또는 반사된다. 태양전지의 경우는 태양광이 광활성층에 흡수되면서 전기를 생산한다. 반면 우리 눈에 투명하게 보이는 물체는 태양광 중 가시광선이 물체를 투과한 경우인데, 따라서 주로 가시광선을 흡수하는 실리콘 태양전지를 투명하게 만들면 흡수할 태양광이 줄어 효율이 떨어지게 된다.

최경진 교수팀은 ‘투명하고 유연한 고분자 기판’과 ‘특수한 형상으로 제작된 실리콘 막대’를 이용했다. 이 태양전지에서는 실리콘 막대가 광활성층 역할을 해 태양광을 흡수하고 전기를 생산하는데, 이 실리콘 막대들은 육안으로 볼 수 없는 간격으로 배치돼 우리 눈에는 투명하게 보인다.



특히, 이번 연구에서는 실리콘 막대 끝의 모양을 조절해 반사되는 빛이 옆의 실리콘 막대에서 재흡수 되도록 만들었다. 태양전지에서는 빛의 흡수나 투과뿐 아니라 반사도 일어나는데, 연구팀은 빛의 흡수 메커니즘을 분석해 반사로 인해 손실되는 빛이 옆에 막대에서 재흡수 될 수 있도록 막대 모양을 조절한 것이다. 이를 통해 투과되는 빛의 양은 유지하면서 흡수되는 태양광의 양을 늘렸다.

제1저자인 강성범 UNIST 신소재공학과 석·박통합과정 연구원은 “이론적인 광흡수 메커니즘을 분석한 결과를 고성능 투명 태양전지 개발에 적용한 새로운 시도”라며 “한 번 반사된 빛을 재활용하는 구조는 태양전지 전체의 효율을 높였다”고 전했다.

최경진 교수는 “기존의 투명 태양전지들은 딱딱한 유리기판 위에 제작돼 응용범위가 제한적”이라며 “이번에 개발한 태양전지는 수십 번의 굽힘 시험을 해도 95% 이상 초기 효율을 유지해 건물이나 차량 유리는 물론, 휴대용 전자장치 등에 다양하게 적용될 것”이라고 기대했다.
/울산=장지승기자 [e-mail]