▲ 김준동 교수

[인천=문찬식 기자] 인천대 김준동 교수(전기공학과) 연구팀이 투명한 렌즈를 이용, 주기적 나노구조에서의 세계 최고 성능 태양전지를 개발해 태양광 산업에 큰 파급 효과가 예상된다.

인천대 등에 따르면 연구책임자인 김준동 교수는 프린팅 방식으로 제작된 투명한 나노구조 렌즈 기술을 이용해 태양광의 흡수 깊이를 능동적으로 조절할 수 있는 신개념의 태양전지 기술을 개발했다.

연구결과는 5일 Incident light adjustable solar cell by periodic nanolens architecture(주기적 나노렌즈 구조를 이용한 입사광제어 방식의 태양전지)라는 제목으로 세계적인 학술지인 네이처(nature)의 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재됐다.

김 교수는 “태양광의 흡수를 최적화하여 성능을 향상할 수 있는 이 기술은 상용화 실리콘 태양전지뿐 아니라 유기물 및 CIGS 등 다양한 태양전지에 적용될 수 있는 범용기술로 적용 분야가 넓고 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다”고 밝혔다.

이번 나노렌즈 태양전지 개발은 상용화 기술에 주안을 두고 있다. 기존의 태양전지 제작 방식에 용이하게 적용될 수 있도록 공정이 간편하고 대면적에 적용이 가능한 것이 특징이다. 본 기술은 침체된 국내 태양광 산업의 돌파기술로 관심을 받고 있으며 유관 기업과 기술이전을 협의 중이다.

이 연구는 한국에너지기술평가원(원장 안남성)의 신재생 에너지 융합핵심 기술개발사업(산업기술혁신사업)의 연구지원 (연구과제명: 투명 전도체 나노렌즈를 이용한 태양전지 성능 향상 기술개발, 과제책임자: 인천대, 김준동 교수)을 통해 국내 태양광 기업체로의 기술이전을 목표로 수행돼 왔다.

해당 기술은 국내에 특허등록을 완료했으며(2014년 9월11일, 등록번호: 10-1441607), 국제특허협력조약 (PCT) 출원을 마친 상태다. 인천대는 이번의 신개념 태양전지의 중점기술에 대해 삼극특허(미국, 일본, 유럽 특허청 등에 출원)를 준비하고 있으며 핵심기술 중 일부에 대해서는 특허로 공개하지 않고 국내기업에 Know-how 형태로 이전할 계획이다.

주기적 나노구조 형태를 이용하면 입사광의 이용률을 크게 높일 수 있어 태양전지의 저가격화 및 고효율화를 동시에 만족할 수 있는 기술로 세계적으로 많은 연구자들이 이 분야에 집중해 연구를 진행하고 있다.

그러나 이전까지의 연구에서는 주기적 나노구조를 반도체 물질에 형성하였는데 이러한 방법은 반도체 특성에 전기적 결함을 발생시켜 효율을 저감시켜서 10% 내외의 성능이 최고로 보고돼 왔다. 또 반도체 물질을 나노구조 형태로 제작하기 방식은 고가의 공정비용과 공정크기의 제약으로 상용화에 걸림돌이 돼왔다.

이러한 문제를 해결하기 위해 김 교수팀은 반도체 식각공정 없이 저가의 프린팅 공정을 이용해 투명전도체 나노구조를 형성했으며 대면적 적용이 가능한 고성능 태양전지(효율, 16.0%)를 개발했다.

또 투명전도체 나노구조를 이용해 입사광의 이용시간을 크게 개선할 수 있는 것을 확인했는데 이는 태양광 발전시간을 늘려서 전체 전기발생량을 증대시킬 수 있는 근간 기술이며 나노구조 투명전도체 태양전지의 획기적인 경쟁 강점 요소다.

김 교수는 “이번의 기술로 고유한 국내 태양광 핵심기술을 확보한 것에 큰 의미를 두고 있다”고 밝혔다. 해당기술에 대해서는 연구과제가 종료되는 오는 2016년에 기술이전을 목표로 하고 있다.

이번 연구에는 뉴욕주립 버팔로 대학교 윤주형 박사(현 삼성전자, 책임연구원), 이화여자대학교 김 동욱 교수팀, 한국나노기술원 박형호 박사팀, 성균관대학교 이준신 교수팀이 협업 연계를 통해 진행됐으며 보다 진보된 연구결과를 보유하고 있어 연속된 발표가 예상된다.

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