- 경량·고안정성 CIGS 박막 태양전지의 응용성 ‧ 효율 향상 기술 개발

□ 한국에너지기술연구원(원장 곽병성)에서 개발한 ‘폴리머 기판 적용 고효율 플렉서블 CIGS 박막 태양전지 기술’이 7월 24일(수) 개최된 '2019 대한민국 기후기술대전' 우수성과 시상식에서 과학기술정보통신부 장관상을 수상했다.

□ ‘폴리머 기판 적용 고효율 플렉서블 CIGS 박막 태양전지 기술’은 경량의 유연 플라스틱 기판을 활용해 고안정성 CIGS 박막 태양전지의 응용성을 확보하고 *광전변환효율을 획기적으로 끌어올린 기술이다.

   * 광전변환효율 : 입사되는 태양광 에너지와 태양전지에서 출력되는 전기 에너지의 비를 퍼센트로 표시한 것 

○ 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4원소로 구성된 CIGS (CuIn1-xGaxSe2) 화합물은 광흡수계수가 실리콘에 비해 10배 이상 크고, 화학적으로 안정적이며 내구성도 높다. 이를 광흡수층으로 사용하면 태양전지 제조 시 적은 재료 소모와 간소화된 공정만으로도 높은 효율을 구현할 수 있다. 그러나 기존 결정질 태양광 모듈 가격의 하락 등으로 인해 시장진입에 어려움을 겪고 있는 상황이다.

○ 한국에너지기술연구원 신재생에너지연구소 윤재호 박사 연구진은 고분자 기판에 적용 가능한 CIGS 박막의 저온 성막기술을 개발하고, 체계적인 분석기술과 신뢰성 노하우를 기반으로 *리프트오프(Lift-Off) 공정을 적용한 CIGS 박막 태양전지 제조기술을 개발하는데 성공했다. 또, 이를 통해 **세계 최고 수준에 비견할 만한 태양전지 변환효율(20.4%)을 달성했다.

   * 리프트오프(Lift-Off) : 폴리머를 유리 기판 위에 얇게 코팅하고 떼어내 기판을 최대한 얇게 만들 수 있는 기술

   ** 세계 최고 수준 : 20.8% , 스위스 EMPA(폴리이미드 기판 상 제조된 1cm2 소면적 태양전지 소자의 광전변환효율)

○ 개발된 기술은 기존의 대량보급용 양산형 태양광 모듈 기술과 다르게 수요 대응에 용이한 차세대 고부가가치 기술로, 건축물일체형 태양광(BIPV) 뿐만 아니라 기기일체형 태양광(DIPV) 응용에도 적합해 다양한 산업에 적용이 가능하다.

□ 윤재호 박사는 “여타의 유기기반 태양전지와 달리 고도의 안정성을 갖는 CIGS 박막을 기반으로 경량 플라스틱 기판에서 고효율 태양전지 기술이 확보됨에 따라 소재 안정성, 효율, 기능성 등을 모두 보유한 태양광 모듈 제조 가능성을 입증했다”며, “국내 대기업 사업 철수 이후 위축된 국내 CIGS 박막 태양전지 사업화에 새로운 교두보가 될 뿐만 아니라 기후변화대응 기술로 과기정통부에서 추진하는 도시발전(發電) 프로젝트에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

□ 본 연구는 과학기술정보통신부(기후변화대응기술사업)의 지원으로 수행되었으며, 관련 연구성과는 저명한 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’& Interfaces’등에 게재돼 우수성을 입증했다. 또, 최근 3년 간 추진된 국가 기후변화대응 연구개발 중 창출된 우수성과로 ‘2019 기후기술 10선’에 선정됐다.