2017년 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 지원으로 대구경북과학기술원(DGIST) 태양에너지융합연구센터(센터장 김대환)는 세계 최고 수준의 ‘플렉시블 박막태양전지 개발 기술’을 보유하게 됐다.
현재 9.85% 효율을 달성한 미국 NREL(신재생에너지연구소) 플렉시블 기판 광전변환에 비해 센터는 범용무독성 칼코지나이드 광흡수층 기반 플렉시블 무기 박막태양전지개발 과제(강진규 박사, 곽지혜 박사, 신병하 교수, 김진혁 교수, 전찬욱 교수, 정현식 교수, 김준호 교수, 김제하 교수)수행을 통하여 효율 10.16% 달성에 성공했다.
2022년까지 효율을 12%로 끌어올려, 상용화 기반을 마련하고 태양전지 대면적화에 나선다는 계획이다.
특히 이번 성과가 전 세계적으로 주목받는 이유는 개발한 박막태양전지가 저비용·친환경 소재인 Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe)을 이용해 차세대 에너지 개발의 주요 기술로 평가 받기 때문이다.
태양전지는 보통 원재료 사용량이 적고, 대면적 양산 자동화 공정 적용이 가능한 박막태양전지가 유리하기 때문에 CdTe(카드뮴, 텔레늄), CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄)와 같은 박막태양전지가 생산되고 있다.
하지만 이 금속들은 유동성과 낮은 가격 경쟁력, 희소성으로 대규모 공급에 한계를 지니고 있다. 이 때문에 센터가 저가의 친환경 범용 소재인 청동(Cu-Sn)과 황동(Cu-Zn)을 재료로, 박막태양전지 제작에 나선 것이다.
플렉시블 기판의 기술을 통해 경량, 웨어러블, 자동차 등 박막태양전지의 새로운 응용분야 개척에 한 걸음 더 나아갈 수 있다. 플렉시블 박막태양전지가 상용화되면 자유로운 디자인이 가능해지고 운반이나 시공이 수월해질 것으로 전망된다. 더불어 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
아울러 센터는 차세대 태양전지 기술개발(과제책임자 : 양기정 박사)을 통하여 차세대 에너지 기술 선도에 더욱 박차를 가하고 있다.
김대환 센터장은 “플렉시블 박막태양전지의 세계 최고 효율 뿐 아니라, 박막태양전지도 세계 최고 효율에 근접했다”며 “CZTSSe 소재 외에 유기 태양전지, Sb2(S,Se)3, 할라이드 페로브스카이트 태양전지 등 차세대 태양전지 상용화를 위한 소재 탐색 및 기술 개발도 적극 추진하여 국가 에너지 R&D 발전을 선도해 나가겠다.”고 밝혔다.
한편 태양에너지융합연구센터는 ‘고효율 CZTS 화합물 박막태양전지 개발 사업’의 성과를 인정받아 2018년 산업통상자원부 장관 표창을 받았다.
전자신문인터넷 윤나영 기자 (yny@etnews.co.kr )