ETRI, 세계최고 성능 휘는 태양전지 개발

- 휘면서 고효율, 휴대폰등 태양에너지 충전 길 열어
- 2010년 태양전지 시장 100억불, 경제성 큰 기대  
 

   ETRI(한국전자통신연구원, www.etri.re.kr, 원장 임주환)는 휠수있는 세계 최고 성능의 차세대 태양전지를 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

  기존 미국, 일본등 선진국에서 개발된 염료감응 태양전지의 경우, 소재가 주로 유리나 플라스틱재질로 되어있어 에너지 변환효율이 낮았으나 이번 ETRI가 개발한 플렉시블 염료감응 태양전지는 한쪽면이 스테인리스 스틸 소재를 다른 면은 플라스틱 소재를 사용, 구부림이 가능하면서도 효율이 월등히 우수해 졌다.

  정보통신부 '차세대 PC용 이오닉스 소자 개발' 과제의 일환으로 지난 2001년부터 기초연구를 시작, 2004년부터 금년까지 본격개발, 고효율 저비용의 구부릴 수 있는 형태로 ETRI 기반기술연구소(소장 강석열)에서 염료감응 태양전지를 개발하였다.

  휘는 태양전지의 개발로 향후 유비쿼터스 환경하에서 휴대폰, 웨어러블 PC등 차세대 PC산업에 필요한 전원의 자가충전용이나 옷, 모자, 자동차 유리, 건물 등에 부착이 가능함에따라 산업전반에의 적용에 매우 유용할것으로 예측된다. 아울러 세계 태양전지 시장의 경우 2006년 40억불, 2010년 100억불로 예상됨에따라 경제적 파급효과 역시 매우 클 것으로 ETRI는 전망했다.

  현재 세계 각국에서 사용중인 태양전지의 대부분은 소재가 실리콘 태양전지인데 반해 이번에 개발한 ETRI의 전지는 염료감응 방식을 이용하여 제조된 것으로서 티타늄산화물(TiO2)과 염료 그리고 전해액을 사용, 간편한 제조가 특징이며 기존 실리콘 태양전지의 20% 수준의 저가 비용으로 전기에너지를 만들 수 있고, 투명성과 다양한 색상을 낼 수 있다는 장점이 있다.

  또한 ETRI가 이번에 개발한 휘는 염료감응 태양전지는 두께가 0.4mm로 얇아 가격이나 생산성 등에서 경쟁력이 뛰어나 기존 태양전지와 비교시 효율대비 단가는 2배이상 뛰어난 것으로 분석되었다. 한편, 전 세계에서 개발된 염료감응 태양전지를 비교해 보면 일본에서 개발된 태양전지의 에너지변환 효율이 4.1~4.2%인데 반해 이번에 ETRI가 개발 성공한 휘는 태양전지의 경우는 4.8%로 에너지변환 효율이 매우 높은 결과가 나왔다.

  이번 연구는 ETRI가 단독 개발한 것으로 미국, 일본등 주요 6개국에 국제특허를 출원한 상태이며 금년중으로 업체에 기술이전하여 상용화 될 예정이다.

  본 과제의 연구개발 책임자인 기반기술연구소 이오닉스소자팀장인 류광선 박사는 “ETRI가 개발한 휘는 태양전지는 그 효율이 뛰어나 산업 전반에 걸쳐 활용이 다양하게 이뤄질 것으로 예상되며 앞으로 에너지 고갈 등 대체에너지원 발굴이 절실한 상황에서 태양빛 만으로도 고효율의 에너지충전이 가능한 태양전지의 활용이 기대된다“고 말했다.

  2003년 11월에 발간된 차세대 PC 기획시리즈(IITA간)에 따르면 2007년 차세대 PC의 세계시장은 354억불인데 휴대형이 329억불, 착용형이 24억불로 예상하고 있어 향후 휘는 태양전지를 차세대 PC산업과 현재 휴대폰 가격중 10%이상의 원가를 차지하는 배터리 등에 적용시 그 파급효과는 매우 클 것으로 ETRI는 예측하고 있다.



[참고자료]--------------------------------------

● 유비쿼터스 시대의 전원소자 “플렉시블 태양전지”

염료감응 태양전지는 기존 실리콘 태양전지의 20% 수준의 비용으로 전기에너지를 만들 수 있으며, 투명성과 다양한 색상을 낼 수 있다는 장점을 활용하여 호주, 일본, 스위스 등 전기유리창으로 상용화하려고 기술 선점 경쟁을 치열하게 전개하고 있는 차세대 태양전지분야이다.

이러한 염료감응 태양전지의 응용성 확대 및 유비쿼터스 정보화사회 구현을 위해 언제, 어디서, 누구나 사용 가능한 에너지원으로 사용하기 위해서는 다양한 디자인의 플렉시블 태양전지 개발이 필수적이다. 차세대 웨어러블 컴퓨터의 자가충전용으로 사용하기 위해 옷이나 모자 등에 거치가 가능하도록 플렉시블한 형태로 태양전지를 개발하였다.

따라서 이오닉스 소자팀은 유리기판이 아니라 금속판과 플라스틱판을 사용하여 만든 휠 수 있는(플렉시블) 염료감응 태양전지의 효율은 ~5%로 세계각지에서 발표된 2% 내외 효율의 플렉시블 염료감응 태양전지에 비하여 현저히 앞선 성능을 보여주고 있다. 본 연구 성과는 기존의 플렉시블 태양전지를 구현하기 위하여 사용되고 있는 고분자 전도성 유리기판 대신에 박막형 전도성 금속기판을 사용함으로써 기존의 기술적 한계를 극복 실현 가능하였으며, 사용한 금속기판은 저렴하고 구매가 쉬운 스테인레스 스틸(SUS)로 제작하여 기술경쟁력과 가격경쟁력을 갖춘것으로 기대된다. 단일 태양전지의 전압은 약 0.6V이며 u-라이프 시대의 정보통신 단말기에 사용하기 위해서는 반도체 공정을 이용하여 모듈로 제작하면 유비쿼터스 시대의 에너지원으로 사용할 수 있게 된다.

개발에 직접 참여한 강만구박사에 의하면 “플렉시블 태양전지에 대한 연구개발 및 기술요구가 많지만, 현재는 실리콘 태양전지에 편중되어 있다. 그러나 이번에 개발된 플렉시블 염료감응 태양전지용 제조기술과 에너지 변환효율이 세계적으로 가장 괄목할만한 결과이다”고 말했다.

이오닉스 소자팀이 개발한 플렉시블 태양전지 기술은 정보통신부로부터 연구비를 지원받아 현재 개발 중인 차세대 PC 프로젝트에 통합되어 있으며, 차세대 PC 완제품의 보조전원으로 사용될 예정이다. 향후, 지속적으로 에너지 변환 효율의 향상과 다양한 색상 연구를 통하여 유비쿼터스 정보화 인프라 구축에 기여함과 동시에 태양전지를 필요로 하는 다양한 분야에 응용될 수 있도록 원천기술을 확보하였다.

한편, 이오닉스소자팀은 이와 관련하여 플렉시블 태양전지 제조에 관한 원천기술을 국내외 특허 3건출원과 국제 논문 2편을 게재하고 국제 학회에서 2회 발표하여 큰 주목을 받았다.