건물 유리창서 전기생산 가능 '투명 태양전지' 나왔다

삼성SDI 중앙硏 개발

솔-젤 소재로 가격경쟁력 우수… 이르면 3~4년뒤 상용화 기대

건물일체형 태양전지를 두바이의 버즈알아랍 호텔에 적용한 모형.

건물 유리창서 전기생산 가능 '투명 태양전지' 나왔다

삼성SDI 중앙硏 개발솔-젤 소재로 가격경쟁력 우수… 이르면 3~4년뒤 상용화 기대

최인철

기자 [e-mail]

건물일체형 태양전지를 두바이의 버즈알아랍 호텔에 적용한 모형.

건물 유리창ㆍ벽을 발전소로 탈바꿈시킬 수 있는 '건물일체형 투명 태양전지'가 개발됐다.

삼성SDI 중앙연구소 이지원 박사팀이 지식경제부의 지원을 받아 개발한 이 태양전지는 햇빛 가시광을 흡수해 전기를 생산할 수 있는 '솔-젤(Sol-Gel) 소재'를 유리에 얇게 코팅 인쇄한 염료감응(Dye-Sensitized)형. 이르면 3~4년 뒤쯤 상용화될 수 있을 것으로 전망된다.

◇효율ㆍ내구성 향상 과제=연구팀이 개발한 건물일체형 투명 태양전지는 건물 바깥쪽 유리판에 양극 역할을 하는 '이산화티타늄+염료', 안쪽 유리판에 음극 역할을 하는 플라티늄(전자촉매)을 코팅한 것. 용액 속에서 이산화티타늄 나노 입자에 흡착시킨 염료가 가시광을 흡수해 전자를 발생시키면 이산화티타늄 표면으로 흘러가면서 전류가 만들어진다.

투명 태양전지는 낮은 온도에서 화학반응을 이용해 만든 솔-젤 소재를 유리판에 코팅하면 되기 때문에 비싼 실리콘을 원료로 사용하고 고가의 증착장비를 사용해 만드는 기존의 태양전지에 비해 가격 경쟁력이 뛰어나다.

다만 상용화되려면 내구성ㆍ발전효율 등을 높여야 하는 과제를 안고 있다. 이 박사는 "투명 태양전지를 반영구적으로 사용하려면 고체 전해질을 써야 하지만 아직 태양에너지를 전기로 변환시키는 효율이 액체(전해액)의 80% 수준에 불과해 해결책을 찾는 단계"라며 "고효율 고체 전해물질을 개발해 3~4년 안에 반영구적으로 쓸 수 있는 투명 태양전지를 상용화하는 게 목표"라고 밝혔다.

◇"건물 외벽을 태양광발전소로"=이 같은 목표가 달성되면 나노 입자를 사용, 투명한 성질을 갖고 건물 디자인ㆍ주변 경관 등과 어울리는 색깔을 내는 염료를 선택할 수 있어 경쟁력 있는 '건물일체형 태양전지(BIPVㆍBuilding Integrated Photovoltaic)'로 부상할 것으로 전망된다.

건물일체형 태양전지는 건축물의 외장재인 유리를 활용해 전기를 생산할 수 있기 때문에 별도의 설치공간을 확보할 필요가 없다. 이 박사팀이 개발한 태양전지는 투명하기 때문에 채광성도 우수하다. 최근 대형 건물의 신ㆍ재생에너지 설치 의무화, 발전차액제도, 그린빌딩 인증제도 등 제도적 요인과 맞물려 주목을 받는 이유다.

여기에 SK케미칼이 개발한 광전기변색(Photo-Electrochromic) 기술을 접목하면 태양전지로 생산한 전기를 이용해 유리창ㆍ벽의 색깔과 명암을 원하는 대로 조절할 수 있다. 이렇게 하면 별도의 커튼 없이 일광을 차단하고 적외선 반사로 열 흡수를 방지해 건물의 에너지도 절약할 수 있다.

솔-젤 차세대 신기술개발사업단 총괄책임자인 배병수 KAIST 교수는 "그동안 국내에서 개발된 태양전지들은 불투명했으나 이번에 개발된 태양전지는 투명해 유리창에 적용할 수 있고 가격도 기존 대형 건물에 사용되는 코팅 유리창과 별 차이가 없다"고 말했다.