한국에너지기술연구원(원장 김종남)이 폴리머 기판을 적용해 매우 가벼우면서 유연한 고효율 CIGS 박막 태양전지 개발에 성공하고, 관련 기술 효과 규명에 성공했다고 20일 밝혔다.
CIGS 박막 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 4원소로 이뤄진 화합물을 유리나 플라스틱 기판에 증착해 광흡수층으로 사용하는 차세대 태양전지다. 광흡수계수가 커 1~2마이크로미터(㎛) 두께 박만만으로도 높은 변환 효율을 보인다. 결정질 실리콘 태양전지보다 소재를 적게쓰고, 공정도 간소하다. 화학적으로 매우 안정적이고 내구성 또한 높다. 이 때문에 건축물 일체형 태양광(BIPV)으로 대표되는 도심형 친환경에너지원 시장 적용 가능성이 매우 높다. 그러나 기술 진입장벽이 매우 높아 일본이나 유럽 중심 소수 연구그룹만 개발을 시도하고 있다.
기존 고온 성막 기술은 기판 가열 온도가 550도 이상으로 높다. 녹는점이 낮은 폴리머 기판은 활용하기 어렵고 효율도 낮다.
연구팀은 저온 성막 기술을 새로 도입, 증착 온도를 낮추면서도 효율은 유지하는 결과를 얻었다. 또 태양전지 효율 향상에 필요한 알칼리 원소(나트륨·칼륨)를 폴리머에 주입하는 '외부 알칼리 주입 기술'을 접목, 효율 극대화를 이뤄냈다. 관련 효율 향상 메커니즘까지 규명했다.
앞으로는 개발 기술을 바탕으로 대면적 고속 CIGS 박막 태양전지 제조 기술, 초경량 유연 박막 태양전지 관련 소재·부품·장비 기술을 고도화 할 계획이다. 또건물 외벽이나 지붕재에 설치 가능한 초경량 유연 고성능 박막 태양광 모듈 제조 기술 추가 연구도 진행한다.
윤재호 에너지연 책임연구원은 “개발 기술을 통해 신규 고부가가치 태양전지 제품 생산과 차세대 응용 분야를 창출할 것”이라며 “도시 전기생산에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
