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의류에 적용되는 유연성 태양전지

전문가 제언: ○ 본고는 의류에 통합 가능한 박막형 실리콘 태양전지(통합형태양전지: integrated photo voltaic)를 휴대기기 전원으로 사용하는 문제와 관련하여 그동안 이 문제를 꾸준히 연구해온 독일의 J.H. Werner 교수 등의 기술개발 내용을 정리한 것이다.

○ 태양전지는 낮은 변환효율로 넓은 면적이 필요하고, 높은 재료가격으로 보급에 한계가 있었다. 휴대용 전자기기 크기가 계속 축소되었고 소모 전력도 줄어들어 대부분 1~5W 범위에 든다. 1,000cm2 이상인 성인용 재킷의 이용 가능 면적은, 태양전지의 최신 3종 재료에 관계없이 일반 사무용의 옥내, 옥외 시간 믹스, 사용 빈도 등을 감안한 후대기기 대부분의 평균 소요면적 600cm2를 지원할 수 있다. 금후 세척성과 양방향 굽힘 등 내구성 향상이 효율 향상 못지않은 연구과제이다.

○ 박막 단결정 실리콘(c-Si)은 유리기판에서 최고 20%의 변환효율로 실용 상 우수하나, 유연성 부족과 가격의 단점을 작은 면적의 장식용으로 해결하는 추세이다. 유연성 향상을 위해 박막 옮기는 기술개발과 고분자 기판채용으로 곡율반경 2mm를 시현하고 14.6% 변환효율을 보인다.

○ 비정질 실리콘 또는 결함을 보완한 a-Si:H는 띠간격의 장점, 저온 증착과 저가에 유리하나, 광에 의한 급격한 성능 저하가 문제였다. a-Si:H와 나노결정과의 경계재료인 광안정성이 높은 pc-Si를 i층(도핑안된 층)에 사용한 pc-Si 전지는 1㎛ 미만의 초박막 실리콘 두께와 박막 고분자기판으로 유연성이 높아, 5%로 변환효율이 낮아도 넓은 면적과 폭넓은 광량 변화에 변환효율의 변화가 적고 안정성이 있어 실용 가능하다.

○ CIGS는 19.5%의 최고 변환효율을 가지나 광량 저하 시 급격한 효율 저하의 단점이 있다. 염가희망의 염료감응 태양전지는 전해질의 비휘발성 문제가 개선되고 있어 가까운 장래에 통합형태양전지 제품에 등장하리라고 기대한다.

저자: Markus B. Schubert et al
자료유형: 학술정보