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• 중앙대·DGIST 투명 태양전지 광이용효율 6% 달성

  송고일 : 2026-03-26
  
  

  (왼쪽부터) 중앙대학교 류준, 이서준 박사과정 (공동제1저자), 강동원 교수, DGIST 이운학 박사(공동제1저자), 고서진 교수

  [투데이에너지 김원빈 기자] 에너지시스템공학부 강동원 교수 연구팀은 대구경북과학기술원(DGIST) 고서진 교수팀과 공동 연구를 통해 가시광선은 투과시키고 자외선과 적외선만 선택적으로 흡수하는 투명 페로브스카이트/유기 모노리틱 탠덤 태양전지를 개발했다고 밝혔다.

  연구팀이 개발한 소자는 평균가시광투과율(AVT) 55.39%, 광변환효율(PCE) 10.91%, 광이용효율(LUE) 6.04%를 기록했다. AVT 50% 이상의 투명 태양전지 가운데 LUE 6%를 돌파한 것은 세계 최고 수준의 성과다.

  기존 투명 태양전지는 투명도를 높이면 발전 효율이 낮아지고, 효율을 높이면 불투명해지는 한계가 있었다. 특히 건물 창호 적용에 필요한 AVT 50% 이상 조건에서는 실용적인 발전 성능 확보가 어려워 도심형 태양광 확대의 제약 요인으로 지적돼 왔다.

  연구팀은 자외선을 흡수하는 초광대역 밴드갭 페로브스카이트 상부전지와 근적외선을 흡수하는 유기 하부전지를 수직 적층한 모노리틱 하이브리드 탠덤 구조를 설계해 이러한 한계를 극복했다. 가시광선은 투과시키면서 눈에 보이지 않는 자외선과 근적외선 에너지를 분할 수확하는 방식이다.

  상부 전지에는 DMA 양이온과 할라이드 엔지니어링을 적용해 밴드갭을 2.34 eV까지 확장했고, 하부 전지는 삼원계 블렌드 구조를 적용해 근적외선 흡수와 전하 수송 특성을 개선했다. 이를 통해 개방전압(Voc) 2.38V를 달성하며 탠덤 시스템 중 최고 수준의 전압 특성도 확보했다.

  강동원 교수는 “이번 연구는 투명 태양전지가 실제 건물 창호나 자동차 유리에서 전력을 생산할 수 있음을 보여준 사례”라며 “도심형 에너지 생산과 제로에너지빌딩 구현에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

  이번 연구 결과는 재료 분야 학술지 Advanced Materials에 게재됐다.

  ■ 용어설명

  탠덤 태양전지=서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 두 개 이상의 태양전지를 층으로 쌓아 효율을 높인 구조.

  평균가시광투과율(AVT)=태양전지를 통과하는 가시광선의 평균 비율로, 수치가 높을수록 투명도가 높음을 의미.

  광이용효율(LUE)=태양전지의 발전 효율과 투명도를 함께 고려해 실제 활용성을 평가하는 지표.

  페로브스카이트 태양전지=결정 구조 ‘페로브스카이트’를 가진 소재를 활용해 빛을 전기로 변환하는 차세대 태양전지.

  밴드갭(Bandgap):=반도체가 빛을 흡수해 전기를 만들기 위해 필요한 최소 에너지 차이.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)