- 분절됐던 투명성·유연성 개별 연구, 차세대 에너지 소자 플랫폼 핵심 설계 방향으로 통합 조망

- 에너지 분야 세계적 권위지 ‘Advanced Energy Materials (IF=26.0)’에 리뷰논문 게재

그림 설명: 가톨릭대학교 에너지환경공학과 이강민 교수

 가톨릭대학교(총장 최준규)가 태양광 산업의 지형을 바꿀 차세대 에너지 소자 플랫폼의 핵심 설계 방향을 제시하며 세계적 수준의 연구 역량을 입증했다.

 가톨릭대 에너지환경공학과 이강민 교수는 결정질 실리콘 태양전지를 투명하고 유연한 형태로 확장하는 전 세계 연구 동향을 총망라한 리뷰논문을 에너지 분야 최고 권위 학술지인 ‘Advanced Energy Materials’(IF=26.0, 상위 2.5%)에 게재했다.

 현재 글로벌 태양광 시장의 핵심 기술인 결정질 실리콘 태양전지는 높은 효율과 안정성, 풍부한 소재 공급망을 자랑하지만, 소재 특유의 강한 광흡수성과 취성으로 인해 ‘딱딱하고 불투명하며 휘지 않는 고정형 소재’라는 인식이 강했다. 이로 인해 도심 건물 창호나 외벽, 웨어러블 전자기기 등 다양한 미래 응용 분야로 확장하는 데 형태적 한계가 뚜렷했다.

 이강민 교수는 이번 논문을 통해 기존 실리콘의 형태적 한계를 고정된 물성 문제가 아닌, 광학·기계적 설계를 통해 극복할 수 있는 ‘공학적 설계 변수’로 재해석했다. 투명 실리콘 태양전지 분야에서는 △미세구조 설계를 통한 선택적 광투과 기술 △색 중립 투명화 설계 △광손실을 줄이는 전극 구조 △대면적 모듈화 기술을, 유연 실리콘 태양전지 분야에서는 △초박막 웨이퍼 설계 △두께·구조·응력 제어를 통한 유연 구조 설계 △반복 굽힘 환경에서의 안정성 확보 등 전 세계가 내놓은 공학적 해법들을 통합적인 관점에서 분석하고 체계화했다.

 특히 이번 논문은 그동안 학계에서 분절돼 개별적으로 다뤄지던 ‘투명성’과 ‘유연성’ 연구를 차세대 에너지 소자 플랫폼 확장을 위한 핵심 설계 방향으로 통합 조망했다는 점에서 차별성을 지닌다. 여기에 싱글렛 피션이나 탠덤 태양전지 같은 차세대 고효율화 전략까지 유기적으로 연계해, 향후 투명·유연 실리콘 태양전지 분야가 나아갈 기술적 이정표를 정립했다는 평가를 받는다.

 이번 성과는 이강민 교수가 지난 10년 이상 투명 실리콘 태양전지 분야에서 지속적으로 쌓아온 독보적인 연구 역량과 전문성이 결집된 결과다. 이 교수는 앞서 기존의 실리콘 태양전지가 유리처럼 투명하면서도 전기를 생산할 수 있음을 실험적으로 증명하는 등 해당 분야 연구 흐름을 선도해 왔다.

 가톨릭대 에너지환경공학과 이강민 교수는 “이번 연구는 향후 건물일체형 태양전지(BIPV), 스마트 윈도우, 웨어러블 전자기기, 차량용 경량 전원, 곡면형 전자소자 등 다양한 응용 분야에 최적화된 분산형 에너지 기술 발전과 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 토대를 제공한다”고 밝혔다.

 이어 “본 연구에서 제시한 투명화·유연화 기술은 태양광 패널뿐 아니라 차세대 반도체·디스플레이 기술로도 확장 가능해, 향후 차세대 반도체 및 디스플레이 플랫폼 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.