[솔라투데이 최홍식 기자] 태양전지는 태양광을 에너지원으로 전기를 생산한다. 햇빛을 이용하기에 친환경 에너지원으로 많이 활용되고 있다. 하지만 태양광전지는 집광 과정에서 많은 열이 발생하는데 이로 인해 태양전지 효율이 급격히 떨어지게 된다. 이러한 문제는 현재 태양광발전의 효율을 저해하는 큰 장벽이 되고 있다. 이런 가운데 최근 국내 연구진이 높은 열에서도 발전효율이 유지되는 태양전지 기술을 개발했다.

이번 신기술은 한국과학기술연구원(이하 KIST) 광전소재연구단 최원준 박사와 김상현 박사, 전자재료연구단의 백승협 박사가 공동 개발했다. KIST 광전소재연구단은 다양한 광전소재·소자 분야의 연구를 수행하고 있으며, 특히 미래 신산업 유망분야인 유연전자(Softronics)의 핵심 소재 관련 연구를 진행하고 있다. 또한, 기존 반도체소자 플랫폼의 한계를 극복하기 위해 Ⅲ-Ⅴ화합물소자를 기존의 플랫폼에 적용하는 연구를 수행하고 있다. 이를 위해 Epitaxial Growth, Wafer Bonding 등의 기술로 화합물 반도체 소자를 실리콘 등의 다른 기판 상에서 구현해 기존의 반도체 소자들의 성능 한계를 극복할 수 있는 플랫폼 원천기술 확보를 목표로 하고 있다. 한편, 전자재료연구단은 미래 정보·에너지 분야의 핵심 전자기술 구현에 필요한 박막형 전자재료와 소자의 설계, 공정 및 분석을 위한 원천기술의 개발과 보급을 주요 임무로 하고 있다. 유형별로 정전형(Capacitive) 재료, 전기 저항형·전도형(Resistive/Conductive)재료, 광융합형 재료를 대상으로 나노 또는 그 이하의 영역에서 원자구조 및 결함의 제어를 통해 전자재료의 기능 고도화 또는 신기능 창출을 위한 재료원천기술, 이의 성공적 적용을 위한 소자원천기술 개발, 재료설계 및 재료 내 물리현상의 이해를 위한 계산과학 연구 등을 수행하고 있다.

기존의 집광형 태양전지가 해결하지 못했던 고열의 발전효율 하락 문제 극복갈륨아세나이드(이하 GaAs) 기반 집광형 태양전지는 현재 가장 효율이 높은 태양전지 기술로 알려져 있다. 이 태양전지는 태양광을 전기로 바꿔주는 광변환 효율이 실리콘 태양전지보다 두 배 이상 높으며, 렌즈나 거울 등을 사용하게 되면 광변환 효율은 더욱 높아진다. 그러나 집광정도가 높아질수록 많은 열이 발생하게 되는데, 이는 태양전지의 효율을 급격하게 저하시킨다. 이러한 현상은 집광형 태양전지의 효율 증가를 가로막는 가장 큰 장벽이다. KIST 광전소재연구단 최원준 박사는 GaAs 화합물 반도체를 이용한 고효율 집광형 태양전지기술을 연구해 왔으며, KIST 전자재료연구단 백승협 박사는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 열전반도체를 이용해 버리게 되는 열을 이용한 발전 소자 연구를 수행해 왔다. 이번에 성과를 거둔 연구진은 울산과학기술원(UNIST)의 이기석 교수와 백정민 교수 연구팀의 이론적인 지원을 받아 두 가지 상이한 분야의 융합연구를 통해 성과를 이뤄냈다. 기존의 집광형 태양전지 기술이 갖고 있는 한계를 극복한 고효율 융합전지를 개발한 것이다. 이번 연구팀은 비스무스 텔루라이드 열전반도체가 열을 전기로, 전기를 열로 바꾸는 열전현상(Thermoelectricity)이 매우 탁월한 것에 주목했다. 이 열전 반도체는 냉매를 이용하지 않는 전자냉각 시스템이나 자동차 등 버리는 열을 이용한 전기 생산 시스템에 응용 가능한 기술이다. 현재 실생활에서는 와인 냉장고, 자동차 시트 쿨러, 순간냉각정수기 등에 이 기술이 사용되고 있고, 폐열을 이용한 발전시스템 개발에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.연구진은 기존의 집광형 태양전지가 발생하는 열 때문에 효율이 저하되는 문제를 해결하기 위해서, 열을 전기를 바꿀 수 있는 열전 소자를 집광형 태양전지와 융합하는 기술을 개발했다. 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 이용해 열전모듈이 전기 에너지를 추가적으로 생산하므로 융합전지의 효율은 단일 태양전지 효율에 비해 크게 향상될 수 있으며, 기존 집광형 태양전지의 집광한계를 극복할 수 있다. 특히 이번 연구에서는 필드의 상황과 유사한 공기 냉각 상태에서 집광할 때 효율을 높일 수 있음을 보여줬다는 데 큰 의미가 있다.

출처 : http://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=10192