국내 연구진이 유연기판의 광반사를 최소화해 발전 효율을 높인 태양전지 유연기판 기술을 개발했다.
권정대 한국재료연구원 나노표면재료연구본부 책임연구원과 송풍근 부산대 교수, 신명훈 한국항공대 교수 연구팀은 레이저를 이용한 전사공정으로 빛을 산란시키는 구조체를 포함한 태양광 발전용 유연기판을 개발했다고 10일 밝혔다.
굴절률 매칭을 통해 후면의 광반사를 최소화해 양면 발전성을 높인 유연기판 투명 박막 태양전지를 구현한 건 이번이 처음이다.
투명 박막 태양전지의 광흡수층은 300나노미터(㎚) 이하의 극도로 얇은 두께를 갖는다. 발생하는 전류량을 증가시키기 위해 광산란 구조를 도입한다.
지금까지의 연구는 주로 태양전지에 적용되는 투명 산화물 반도체의 에칭공정과 포토리소그래피공정을 이용해 광산란 구조를 만들어 발생시켜 왔다. 하지만 이러한 공정은 제조공정이 복잡하거나 결함을 발생시킬 가능성이 커 유연기판에 적용하기 어려운 한계가 있었다.
연구팀은 광산란 구조를 가진 산화아연 박막 위에 레이저 흡수층을 증착한 후, 그 위에 광산란 구조체와 똑같은 형상을 가진 약 20마이크로미터(㎛) 두께의 광산란 구조 융합형 유연기판을 제조했다. 이렇게 만들어진 20마이크로미터 두께의 유연기판은 51.9%의 광 산란도를 보였다. 광산란이 없는 유연기판 태양전지에 비해 효율이 9.7% 개선됐다.
연구팀은 유연기판 투명 박막 태양전지 기술은 기존의 건물에 추가적인 자재설계 없이, 건물을 구성하는 모든 요소에 부착 및 발전이 가능하다고 설명했다. 영농형 태양광 발전 등 좀 더 다양한 분야로 적용이 가능할 것으로 예상된다고 덧붙였다.
권정대 재료연 책임연구원은 “본 기술이 상용화되면 간단하면서도 공정상 어려움이 없는 광산란 구조 융합형 유연기판 투명 박막 태양전지의 개발과 더불어, 광흡수 메커니즘이 개선된 양면 발전용 BIPV 시스템 실현이 가능할 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
참고자료
npj flexible electronics, DOI : https://doi.org/10.1038/s41528-023-00251-6