열을 차단하는 동시에 전기를 생산할 수 있는 반투명 태양전지 기술이 개발됐다. 다층 금속 박막 기반 투명전극을 이용해 가시광선은 투과하고 적외선은 선택적으로 반사하고, 이 과정에서 전기도 생산하는 기술이다. 에너지를 효율적으로 사용하면서 낮은 실내 온도를 유지할 수 있어 자동차 선팅이나 건물 창호 등 다양한 용도로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
KAIST(총장 강승모)는 유승협 전기 및 전자공학부 교수와 박남규 성균관대 화학공학부 교수 공동 연구팀이 이 같은 기능의 반투명 태영전지 기술을 개발, 지난달 20일자 `어드밴스트 에너지 머티리얼즈` 표지 논문으로 게재됐다고 1일 밝혔다.
태양전지는 빛을 흡수해 전기를 생산하는 속성 때문에 빛을 투과시키는 반투명 특성은 효율을 감소시킬 수밖에 없다. 또 기존 결정질 실리콘 기반 태양전지는 반투명 제작이 어렵다.
연구팀은 차세대 태양전지 재료로 주목받는 유·무기 복합물루 이뤄진 페로브스카이트를 광전변환 재료로 이용하고, 양면에 투명전극을 사용해 반투명 태양전지를 구현했다.
한쪽 면의 투명 전극은 연구팀이 수년 간 전자소자에 적용해 온 `절연층-금속-절연층` 구조 금속 기반 다층 박막을 사용했다.
연구팀은 빛이 투과되기 어려운 금소을 수십 나노미터 두께 얇은 박막으로 제작하고, 그 위에 반사를 줄이는 굴절률이 높은 절연층을 적층하는 방법으로 투명 전극을 구현했다.
투명전극 각 층의 두께를 세밀하게 조절해 가시광선 대역의 빛은 투과시키고, 눈에 보이지 않는 대영의 빛은 반사하도록 설계했다. 이를 통해 차량용 선팅 필름과 비슷한 수준인 평균 7.4% 가시광선 투과율과 13.3%의 광전변환효율을 갖는 반투명 태양전지 제작에 성공했다.
여기에 적외선 반사를 최대화 해 태양광의 열선을 효과적으로 반사시키는 기능을 더했다. 선팅필름은 빛을 흡수하는 것으로 차단하기 때문에 빛에 노출되면 필름 온도가 놀라가지만 이번에 개발한 태양전지는 온도가 거의 올라가지 않는다.
유 교수는 “열 차단 기능성 반투명 태양전지는 추가 광학설계로 색 조절이 가능한 필름형으로 제작해 차량이나 건물의 유리창에 적용할 수 있도록 할 것”이라며 “태양전지가 이처럼 새로운 부가가치를 갖추면 더 큰 시장을 개척할 수 있을 것”이라고 말했다.
김순기기자 soonkkim@etnews.com