"태양광을 창문처럼 쓴다"…독일, 반투명 모듈 제조공정 개발

독일 연구진이 태양광 발전의 새로운 가능성을 열어주는 반투명 유기태양광 모듈을 개발했습니다. 이 모듈은 가시광선의 40% 이상을 통과시키면서도 전기를 생산할 수 있는 혁신적인 기술로, 건물의 창문이나 온실, 자동차 루프 등 다양한 공간에 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 이번 연구는 독일 프라운호퍼 태양에너지시스템연구소(ISE)와 프라이부르크대학교의 협력으로 이루어졌으며, 그 결과는 최근 국제학술지 '줄(Joule)'에 발표되었습니다.

반투명 유기태양광 모듈의 성능

개발된 반투명 모듈은 14.5cm 크기로 제작되었으며, 최대 발전효율은 9.26%, 평균 가시광선 투과율은 43.2%에 달합니다. 이와 함께 효율과 투과율을 동시에 평가하는 광이용효율(LUE)은 최대 4.0%로 나타났습니다. 이러한 성능은 유기태양광 기술의 진화를 보여주는 사례로, 기존의 태양광 모듈에서는 보기 힘든 특성을 지니고 있습니다.

유기태양광 기술은 가시광선을 통과시키면서도 근적외선 영역의 빛을 전기에너지로 변환할 수 있는 특징이 있습니다. 이는 반투명 모듈에 적합한데, 특히 건물이나 차량의 지붕처럼 완전히 빛을 차단할 수 없는 공간에서 유용하게 활용될 수 있습니다. 그러나, 실험실 환경에서의 성능을 대면적 생산으로 확대할 때 효율이 저하되는 문제는 상용화의 큰 장벽으로 여겨졌습니다.

대량 생산을 위한 제조 공정 혁신

이번 연구의 핵심은 바로 새로운 제조 공정에 있습니다. 연구진은 후면 전극에 스퍼터링 방식, 나머지 태양전지 층에는 슬롯다이 코팅을 적용했습니다. 이러한 방법은 대면적 생산에 적합하여, 100개 이상의 태양전지를 레이저로 연결하여 하나의 모듈로 만들어내는 데 성공했습니다. 이 같은 혁신적인 접근 방식은 향후 대량 생산의 가능성을 높이고 있으며, 유연한 필름 형태의 모듈 제작에도 성공했습니다. 필름 모듈은 약 1274차례 구부리고도 초기 발전 효율을 유지하는 성과를 보여주었습니다.

슬롯다이 코팅 방식은 롤투롤 생산 방식으로 연속 가공이 가능하여, 상용화에 한 발짝 더 다가서는 계기를 마련해줍니다. 그러나, 장기적인 안정성을 확보하기 위한 추가 연구가 필요하며, 특히 전도성이 낮아지는 문제는 해결해야 할 과제로 남아 있습니다.

향후 전망과 응용 가능성

프라운호퍼 ISE의 연구진은 가시광선 투과율이 50% 이상으로 향상된다면 건물의 창문, 온실 유리 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이외에도 자동차의 지붕이나 외장재 등 일정한 차광이 필요한 분야에서도 현재 수준의 투과율로도 충분히 활용될 수 있을 것입니다. 울리 뷔르펠 부문장은 "제조 공정을 제어할 수 있게 된 만큼, 효율을 저하시키지 않으면서 투명도를 더욱 높일 수 있을 것"이라며 긍정적인 전망을 내놓았습니다.

이러한 반투명 유기태양광 모듈은 단순한 발전 기능을 넘어서, 건축물의 디자인과 에너지 효율성을 동시에 고려할 수 있는 혁신적인 솔루션으로 자리매김할 것으로 보입니다. 앞으로 이 기술이 상용화된다면, 지속 가능한 에너지 사용을 촉진하는 데 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다.