나노 필터로 '알록달록' 태양전지 만든다

장성연 UNIST 교수 · 도영락 국민대 교수 연구팀, '풀컬러 페로브스카이트 태양전지' 개발

풀컬러 페로브스카이트 태양전지의 구조 및 색상발현

[아시아경제 김철현 기자] 울산과학기술원(UNIST)은 장성연 에너지화학공학부 교수팀이 국민대학교 응용화학부 도영락 교수팀과 공동으로 건물 외벽에 부착이 가능한 '풀컬러 페로브스카이트 태양전지'를 개발했다고 24일 밝혔다. 태양전지의 효율은 유지하면서도 다양한 색상을 구현할 수 있어 실제 건물에 적용하기 유리한 기술로 주목 받고 있다.

공동연구팀은 빛 반사 영역을 최소화한 '나노 필터'와 입사각의 영향을 받지 않는 '페로브스카이트 태양전지'를 이용했다. 나노 필터가 빛 반사 파장과 각도를 최소화한 덕분에 태양전지는 색상을 띠면서도 최대한 많은 태양광을 흡수했다. 또 페로브스카이트 태양전지는 태양광 입사각이 달라져도 발전효율 저하가 거의 없어 일정한 효율을 유지할 수 있다. 실제 나노 필터를 적용한 풀컬러 페로브스카이트 태양전지의 효율은 19%로 나타났다.

실리콘 산화물과 타이타늄 산화물을 겹겹이 쌓은 나노 필터는 빨강, 초록, 파랑을 아우르는 다양한 파장대의 빛 반사가 가능하면서도 그 범위를 매우 좁게 구현할 수 있다. 이 덕분에 태양전지가 반사로 잃어버리는 빛의 양을 최소화할 수 있다. 연구진은 실리콘 산화물과 타이타늄 산화물을 쌓는 방식을 조정해 파장 간섭에 따른 추가적인 반사 현상도 줄였다. 나노 필터에는 자외선을 차단하는 기능도 추가했다. 자외선이 가진 높은 에너지는 태양전지를 노화시키는 주범인데, 이 부분을 나노 필터로 제거한 것이다. 이에 태양전지의 안정성은 더욱 높아졌다.

장성연 교수는 "이번에 개발된 다양한 색상의 태양전지는 매우 선명한 색깔을 구현하면서도 광전변환 효율과 안정성이 높다"며 "건축물 외벽에 적용할 경우 미적 감각을 살리면서 에너지를 생산할 수 있어 향후 건축 분야에서 새로운 수요를 불러일으킬 것"이라고 했다. 이번 연구는 나노 분야의 권위 있는 학술지인 'ACS 나노' 10월호에 게재됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr