반투명 유기 태양전지, 세계 최대 대면적 모듈 개발 성공

국내 연구진이 세계 최대 수준인 206㎠ 크기의 대면적 반투명 유기 태양전지 모듈을 개발하며, 건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 시장에서 상용화 가능성을 입증했다.

광주과학기술원(GIST) 강홍규 차세대에너지연구소 책임연구원과 이광희 신소재공학부 교수팀은 대형화, 안정성, 고효율을 모두 갖춘 차세대 태양전지 기술을 개발했다고 13일 발표했다.

이번 연구는 슬롯다이 코팅 공정을 도입해 대면적 모듈에서도 균일한 코팅 두께를 구현하고, 친환경 비할로겐 용매를 사용해 작업자의 안전과 환경 보호를 동시에 실현했다.

또한, 유리-유리(G2G) 봉지 기술을 적용해 외부 환경 요인으로 인한 열화를 지연시켰으며, 1000시간 이상의 가속 열화 테스트(ISOS-L-2)에서도 높은 안정성을 확인했다.

연구 결과, 206㎠ 대면적 모듈에서 8.8%의 초기 광변환 효율을 유지하며, 기존 문헌에서 보고된 114.5㎠ 모듈 대비 면적은 1.8배, 효율은 2.3배 개선됐다.

이는 기존 반투명 유기 태양전지의 단점으로 꼽히던 대면적 구현과 장기 안정성 문제를 효과적으로 해결한 사례다.

반투명 유기 태양전지는 건축물 창호, 차량 유리, 디스플레이 등 투명성이 요구되는 다양한 분야에 적용할 수 있다.

이번 연구로 건물용 유리 표준(KS L 2514)에 부합하는 성능 인증을 받으며 기존 건축용 유리를 대체할 가능성도 입증했다.

이러한 기술은 심미성을 유지하면서 에너지를 생산할 수 있어 도심 친환경 에너지 인프라로 주목받고 있다.

연구팀이 개발한 모듈은 자외선과 습기 등 외부 요인에 민감한 유기 태양전지의 단점을 극복해 상업적 경쟁력을 확보했다.

특히, 봉지 기술과 신규 소재를 적용해 효율 저하를 최소화하며, 장기적으로 경제성과 친환경성을 모두 갖춘 에너지 솔루션으로 기대를 모으고 있다.

연구팀의 기술은 2022년 이광희 교수가 창업한 리셀을 통해 건물일체형 반투명 유기태양전지 상용화를 목표로 대량 생산 체계를 준비 중이다.

공정 자동화와 생산 효율 극대화를 통해 상업적 활용 가능성을 더욱 높일 예정이다.

강홍규 책임연구원은 “이번 연구 성과는 유기태양전지의 대면적 확장 가능성과 장기 안정성 문제를 봉지 공정을 통해 해결했다”며, “차량용 윈도우나 스마트 디스플레이 등 일상 속 다양한 영역에 반투명 태양전지를 적용함으로써 도심 친환경 에너지 인프라 확충에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

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배동현 ([email protected]) 기사제보