'태양광 발전'하는 유리창 소재 개발

'태양광 발전'하는 유리창 소재 개발

  

◆ 유리창에 코팅된 염료가 빛을 흡수해 태양광 발전

2008.06.24일 KAIST와 삼성SDI 공동 연구진은 건물 유리창이 태양광 발전을 할 수 있는 '건물 일체형 투명 태양 전지'를 세계 최초로 개발했다고 발표했다. 지식경제부는 2008.06.24일 서울 교육문화회관에서 개최한 '솔-젤 원천소재. 공정기술 개발사업'의 결과 발표회를 통해 건물일체형 투명 유리 태양전지를 공개했다.

 

3세대 태양전지로 불리는 이 기술은 실리콘을 사용한 기존의 태양열 전지에 비해 제조비용이 3분의 1 수준에 불과하다. 에너지 효율은 11% 정도로 같은 종류의 유리 태양 전지 가운데 세계 최고 수준이다. 이는 세계적인 스위스 로잔 공대, 일본의 샤프 전자와 비교해도 기술 능력이 우수한 것으로 알려졌다. 하지만, 20년 이상 수명이 지속되기 위해서는 내구성을 강화해야 하는 과제도 있다. 산업계는 이 기술이 상용화되면, 유리창만으로 건물의 전기를 만들어 쓰는 획기적인 발전이 가능할 것으로 기대하고 있다. 

염료감응 태양전지는 유리창 위에 태양전지 역할을 하는 반도체산화물과 햇빛을 흡수해 전달해주는 염료 층이 차례대로 코팅돼 있다. 염료를 이용하면 오후 늦게 비스듬히 들어오는 햇빛도 발전에 이용할 수 있고, 염료에 따라 건물 디자인과 어울리는 색을 낼 수 있다. 연구진은 햇빛으로 만든 전기를 이용해 유리창의 색을 다양하게 변화시킬 수 있는 기술도 함께 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI) 오수영 박사는 "고가의 실리콘을 사용하지 않는데다 인쇄방식으로 쉽게 제작할 수 있어 최종 발전 단가는 실리콘 태양전지의 3분의 1에서 5분의 1 정도로 낮다" 라고 말했다. 벽면 전체가 유리인 건물이라면 충분히 경제성을 가질 수 있다는 말이다.

이 때문에 초고층 빌딩 건설 붐이 일고 있는 중동 국가에서 염료감응 태양전지에 큰 관심을 보이고 있다. ETRI는 최근 자체 개발한 염료감응 태양전지를 이용한 발전소를 리비아와 아랍에미리트연합(UAE)에 짓기로 협약을 맺었다. 이와 함께 UAE가 추진하고 있는 친환경 도시의 건물 유리창에 염료감응 태양전지를 적용하는 방안도 추진 중인 것으로 알려졌다.

 

◆ 유리창이 햇빛을 모아 '태양광 발전'을 한다.  

미국 매사추세츠공과대학(MIT) 마크 발도(Baldo) 교수 연구진은 2008.07.11일 과학학술지 '사이언스(Science)'지에 염료(染料)를 칠한 유리창을 집광기(solar concentrator)로 이용해 태양광 발전의 에너지 효율을 20%까지 높일 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다.

즉 햇빛에너지 ‘100’을 받았을 때 ‘20’을 전기에너지로 변한다는 말이다. 기존 실리콘 태양전지는 빛이 거의 수직으로 들어와야 제대로 전기를 생산할 수 있고, 표면에서 상당수의 햇빛이 반사돼 에너지 효율이 12~13%에 그치고 있다. 태양광 발전이 경제성을 가지려면 이 에너지 효율을 높이는 것이 관건이다.

 

현재 사용되고 있는 집광기는 거울이나 렌즈 형태로 태양의 움직임에 맞춰 돌아간다. 하지만 이 경우 태양의 위치를 추적하는 별도의 시스템이 필요한데다 집광기끼리 서로 그늘을 만들지 않도록 충분히 떨어뜨려 놓아야 하기 때문에 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 렌즈로 햇빛을 모아 보내면 태양전지 표면의 온도가 너무 높아지는 것도 문제다.

연구진은 염료가 흡수한 햇빛의 80~90%를 태양전지에 전달할 수 있다고 밝혔다. 버려지는 햇빛이 거의 없다는 말이다. 또 나머지 햇빛은 유리창을 통과해 들어가기 때문에 건물의 채광(採光)에도 문제가 없다고 설명했다.

연구팀은 "기존 태양 전지 위에 염료가 칠해진 유리판을 덮으면 에너지효율이 20%까지 높아질 것"이라고 밝혔다. 연구진은 염료의 내구성을 높이는 등 보완을 거치면 3년 내 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.

 

(조선일보 이영완 기자, 입력 : 2008.07.17)