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태양전지를 선팅 필름처럼 건물 창에 붙여 쓴다

GIST 차세대에너지연구소
페로브스카이트 태양전지 개발
엠에스웨이가 투명전극 양산
광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소 연구원이 21일 필름형으로 만든 반투명 태양전지를 들어 보이고 있다. 건물 창과 외벽에 붙일 수 있어 경제성이 뛰어나다는 평가를 받는다. 사진=김만기 기자
광주과학기술원(GIST) 차세대에너지연구소 연구원이 21일 필름형으로 만든 반투명 태양전지를 들어 보이고 있다. 건물 창과 외벽에 붙일 수 있어 경제성이 뛰어나다는 평가를 받는다. 사진=김만기 기자


[파이낸셜뉴스] "이 얇은 필름 위에 반투명하게 보이는게 태양전지와 전기를 통하게 하는 전극이다. 보이는 것처럼 이것은 실리콘으로 만든 태양전지보다 훨씬 가볍고 잘 휘어진다."
광주과학기술원(GIST) 이광희 차세대에너지연구소 소장은 21일 필름 한장을 들어 보이며 페로브스카이트 태양전지에 대해 설명했다.

함께 자리한 GIST 김희주 교수는 "필름형 태양전지가 개발이 완료되면 내구성이 10년정도 되겠지만, 창문에 붙여 몇달 사용하다가 고장 등 문제가 생기면 다시 새걸로 교체해도 비용문제를 커버할 정도"라고 말했다.

들판이나 건물 옥상에만 설치하는 태양전지로 태양광 에너지 생산 비중을 확대하기에는 한계가 있다. 이를 극복할 수 있는 대안이 바로 건물 창과 외벽이다.

GIST 차세대에너지연구소는 지난해부터 과학기술정보통신부의 '기후변화 대응 기술개발' 사업 중 태양전지 연구개발(R&D) 사업을 진행해오고 있다. 2025년까지 총 122억원을 투입해 태양전지 확대 보급에 필요한 기술을 개발한다. 이 R&D 사업은 연구기관 뿐만아니라 민간기업인 엠에스웨이까지 참여해 상용화로 가기 위한 틀이 마련된 셈이다.

■도심과 어울리는 태양전지
이광희 연구소장은 "정부가 추진하고 있는 신재생에너지 비중을 늘리기 위해서는 태양광발전을 늘려야 하는데 지금 쓰고 있는 실리콘 태양전지로는 지역 주민들의 반대로 부지 확보하기가 힘들 것"이라고 설명했다.

농지나 산림지역에 태양광발전소를 건설하는 것도 환경파괴라는 문제에 부딪혀 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로 도심 건물에 태양전지를 설치하는 방안이 검토되고 있다. 하지만 이 방안도 문제가 없는 것은 아니다.

실리콘 태양전지는 판넬이 두껍고 무거우며 검은색으로 이뤄져있다. 그렇다보니 건물에 설치할때 낙상 사고를 방지하기 위한 방안도 필요하거니와 건물이 검은색으로 뒤덮여 심미성도 떨어진다.

연구진은 유기태양전지와 페로브스카이트 태양전지에 주목했다.

지난 수년간의 R&D를 통해 유리가 아닌 필름 형태의 얇고 투명하면서도 다양한 색까지 입힐 수 있는 태양전지를 개발했다. 여기에 에너지효율도 20.28%까지 끌어 올리고, 내구성도 10년 정도 버틸 수 있을 정도로 향상했다.

■필름 위에 투명유연전극 완성
이광희 소장은 필름형 태양전지를 보여주면서 "태양전지가 빛을 흡수해서 전기를 잘 만들어야 하지만 만들어진 전기를 잘 통하게 하는 전극도 중요한 소재"라고 말했다.

실리콘 태양전지는 1400도의 고열을 이용해 녹여 결정을 잘라 유리 위에 만든다. 이에 반해 연구진이 만든 유연한 태양전지는 150도 이하의 열을 가해 롤러로 압축해서 인쇄하듯 태양전지를 뽑아낸다. 이 태양전지에 사용되는 핵심소재인 유연투명전극 기술은 제조기업인 엠에스웨이에 이전됐으며, 현재 실외에서 진행하고 테스트를 함께하고 있다.

실리콘 태양전지는 내부를 수분과 공기를 차단해놨지만 필름형 페로브스카이트 태양전지는 대부분 노출돼 있다. 김희주 교수는 "이 필름형 태양전지를 현미경으로 들여다보면 플라스틱 물질들이 얼기설기 얽혀 있는 상태라 그 사이로 수분과 공기들이 투과해 들어온다"고 설명했다.

엠에스웨이는 경북 구미에 있는 사업장에 페로브스카이트 태양전지에 들어가는 투명전극을 만드는 양산 설비를 갖추고 있다. 엠에스웨이가 만든 잘 휘어지는 투명전극은 유리 위에 만드는 전극과 거의 동일한 수준의 성능을 일정하게 유지할 수 있다.

이광희 소장은 "우리가 필요한 전극을 엠에스웨이가 이렇게 만들어주면 연구개발(R&D) 테스트에 쓴다"고 설명했다.

GIST 차세대에너지연구소에서 개발하는 페로브스카이트 태양전지는 생산가격 면에서 실리콘 태양전지보다 유리하다.

김희주 교수는 "태양전지에 쓰이는 재료도 비교적 저렴하고, 생산공정도 간단하고 빨라져 제작비용도 낮아질 수 있다"면서 "쉽게 표현하면 태양전지를 만들때 필름 위에 잉크를 롤러로 바르듯 인쇄전자 공정으로 만든다"고 설명했다.

실제 GIST 차세대에너지연구소에 따르면, 실리콘 태양전지를 설치한 뒤 회수비용 기간을 뜻하는 페이백 타임은 연 단위인데 반해 페로브스카이트 태양전지는 6개월 전후다. monarch@fnnews.com 김만기 기자