[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 한국전자통신연구원(ETRI)은 기존의 어두운 색을 띠는 태양전지에 추가 공정이나 비용 없이 다양한 색상구현이 가능한 친환경 컬러 CIGS 박막 태양전지 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

CIGS 박막 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)으로 이루어진 화합물로써 태양광을 전기에너지로 변환시키는 데 사용되는 차세대 태양전지이며 유리기판 등에 CIGS를 얇은 막으로 쌓아 올려 제작된다.

이 CIGS 박막 태양전지는 비실리콘 계열 태양전지 중에서 높은 광 흡수율을 가져 에너지 변환 효율이 가장 뛰어나고 안정성이 좋다는 장점이 있다.

또 실리콘 계열 태양전지에 비해 원자재 소비가 적으며 공정비용과 재료비용도 저렴하다.

그러나 그동안 학계는 태양전지가 태양 빛에 장시간 노출될수록 변환효율이 증가하는 현상의 원인을 정확하게 규명하지 못한 상태였다.

특히 유해 중금속인 카드뮴을 함유한 소재를 완충층(투명전도층과 흡수층 사이에서 격자 상수와 밴드갭 차이를 완화해주는 역할)으로 사용하기 때문에 상용화가 어렵다는 단점이 있었다.

ETRI 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 황화카드뮴(CdS)의 대체재로 인체에 무해한 아연(Zn) 함유 소재를 이용해 약 18% 수준의 유사한 변환효율(태양 빛에서 전기 에너지로 전환되는 비율)을 내는 데 성공했다.

연구과정을 보면 연구진은 물 위에 떠 있는 기름띠가 무지개색으로 보이는 빛의 간섭 현상에 착안해 박막 구성층 두께를 조절함으로써 여러 색깔을 구현했다.

구현한 박막 태양전지의 두께는 3㎛에 불과하며 유리기판 뿐만 아니라 유연기판에 코팅도 가능하다.

이로 인해 구부리거나 접을 수 있는 형태로 제작할 수 있어 건물 유리창에 부착하는 등 차세대 친환경 에너지원으로 쓰임새가 다양해진다.

또 연구진은 새로운 분석법으로 태양전지 효율 향상 메커니즘을 규명하는 데도 성공했다.

이 연구결과에 의하면 추가 공정이나 비용 없이 태양전지에 보라, 녹색, 청색 등 7가지 이상의 색깔을 구현했고 친환경 고효율 태양전지 제작 기술력을 한층 더 높일 수 있는 가능성을 제시했다.

ETRI 강성원 ICT창의연구소장은 "전력의 수요-공급이 불균형한 현대 사회에서 차세대 신재생 에너지원을 확보하는 일이 매우 중요해졌다"며 "미래사회를 대비하기 위한 박막 태양전지 기술 개발을 선도하고 친환경 미래 에너지원 확보에 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 세계 최고 수준의 에너지 분야 국제 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’와 ‘프로그레스 인 포토볼태익스(Progress in Photovoltaics)’에 게재됐다.

이 연구는 과학기술정보통신부 ‘도심 분산전원용 고성능 플렉서블 무기박막 태양전지 원천기술 개발’ 과제 중 ‘무독성 버퍼층을 갖는 다색 플렉서블 박막 태양전지 기술 개발’ 과제의 일환으로 수행됐다.