미래유망 전기기술(4)투명태양전지

 

전기는 현존하는 어떤 에너지보다 깨끗하고 또 널리 애용되고 있는 청정에너지입니다. 햇빛·바람·물 등을 이용한 신재생에너지 개발도 결국은 전기에너지를 얻기 위한 노력의 일환입니다. 에너지 발생과 전기로의 변환에서부터 저장과 이송, 그리고 절감을 위한 노력까지 전기에너지 관련 기술이 녹색성장과 함께 주목받고 있습니다. 전기분야 정부출연연구소인 한국전기연구원은 2010년을 맞아전 세계적으로 연구가 진행되고 있는 첨단 전기기술 중에서 향후 10년내 실현 가능할 것으로 예측되는 기술들을 대상으로 기술적 완성도, 실현가능지수, 사회적 경제적 파급효과 등을 고려해 「미래를 바꿀 KERI 10대 유망 전기기술」을 선정 발표했습니다. 이번 10대 기술에는 국민의 삶의 질을 향상시키고 저탄소 녹색 성장을 견인할 수 있는 첨단 전기 기반 기술들이 망라됐습니다. 한국전기연구원은 저탄소 경제시대에서 지속적 성장을 추구하기 위해서는 무엇보다도 전기에너지에 대한 혁신적 전환기술이 요구되는 상황에서 10년 후 우리 사회는 물론 전 세계 산업지형을 바꿔놓을 핵심 기술에 대한 국민들의 이해를 돕기 위해 전자신문과 공동기획으로 미래 생활상을 바꿔놓을 차세대 유망 전기에너지 기술 열 가지를 엄선해 10회에 걸쳐 소개합니다.


전기에너지 유망기술10 (4)투명태양전지



△한국전기연구원이 개발한 30㎾급 창문형 염료감응 태양전지.

‘투명태양전지’는 태양광을 이용해 전기에너지를 만드는 기존 태양전지를 투명한 박막 형태로 만든 전지다. 투명하고 박막 형태라는 점에서 다양하고 유연한 디자인을 가능하게 해 기존 건물 외벽·유리창은 물론이고 커튼까지 태양광선이 비추는 곳이면 어디든 다양한 발전 소재로 활용할 수 있다.

투명태양전지의 한 형태인 염료감응(Dye-Sensitized) 태양전지는 식물의 광합성 작용을 모방해 두 개의 유리판 사이에 유기 염료를 입힌 나노 분말을 채워 만든 구조다. 빛을 받은 염료에서 나온 전자를 모아 사용한다. 투명한데다 염료를 사용하기 때문에 다양한 색상 표현이 가능하다. 직사광선이 필요한 기존 태양전지에 비해 발전량도 높일 수도 있다.

최근 미국에서는 쌀 알갱이 4분의 1 크기의 투명 초소형 태양전지를 분무 살포형으로 개발했다. 건물 벽면을 흰색·노란색·초록색의 태양전지 페인트로 도포해 에너지를 얻는 날도 머지 않았다.

국내는 2000년 초부터 ETRI·한국전기연구원 등 정부출연연구소와 삼성SDI 등에서 연구가 활성화돼 건물 일체형 염료감응 태양전지를 개발하는 등 그 성과가 속속 나타나고 있다. 티모테크놀로지는 지난해 염료감응 태양전지 시범 생산라인을 완공했고, 이건창호는 투명 태양전지 창호 개발을 추진 중이다.

투명태양전지 기술 개발 방향은 효율 향상이 핵심이다. 국내외 연구진은 투명태양전지와 빛의 접촉 면적을 키우기 위해 △셀을 광 나노섬유로 둘러싸는 연구 △양자점(Quantum dot)을 이용한 신개념 태양전지 개발 △변환 효율을 향상시키기 위해 셀을 대형화하는 방안 등 투명태양전지 상업화에 안간힘을 쏟고 있다.

하지만 투명태양전지는 아직까지 기존 실리콘 태양전지에 비해 효율이 절반에도 못 미치고 내구성도 검증되지 않은 문제가 남아 있다.

이동윤 한국전기연구원 나노융합에너지연구센터 박사는 “불투명하고 사용 환경에 민감하며 잘 깨지는 기존 태양전지의 약점을 보완한 염료감응 태양전지가 유연성까지 갖춘 투명태양전지로 업그레이드되면 투명 창문형 태양전지·벽면 태양전지·모바일 기기 충전용 태양전지를 비롯해 군용·농촌 온실·LED 광고판용 등 다양한 분야에 적용할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

 

공동기획: 한국전기연구원·전자신문