중앙대학교(총장 박세현) 에너지시스템공학부 강동원 교수팀은 대구경북과학기술원 고서진 교수팀과 공동 연구를 통해 가시광선은 투과하고 자외선·적외선만 선택적으로 흡수하는 투명 탠덤 태양전지를 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 페로브스카이트/유기 모노리틱 탠덤 구조를 적용해 광이용효율(LUE) 6.04%를 달성했다. 평균가시광투과율(AVT) 50% 이상 조건에서 LUE 6%를 넘긴 것은 이번이 처음이다.

기존 투명 태양전지는 투명도를 높이면 발전 효율이 떨어지고, 효율을 높이면 투명도가 낮아지는 구조적 한계가 있었다. 특히 건물 창호 적용에 필요한 AVT 50% 이상 조건에서는 실용적 성능 확보가 어려운 문제가 지적돼 왔다.

연구팀은 자외선 흡수에 특화된 페로브스카이트 상부전지와 근적외선 흡수 유기 하부전지를 수직 적층한 구조를 설계했다. 가시광선은 통과시키고 자외선과 근적외선을 분할 수확하는 방식이다.

상부 전지에는 디메틸암모늄(DMA) 양이온과 할라이드 조성을 적용해 밴드갭을 2.34 eV까지 확장하고 전압 손실을 줄였다. 하부 전지에는 삼원계 블렌드 구조를 적용해 근적외선 수확 효율과 전하 수송 특성을 개선했다.

개발된 소자는 AVT 55.39%, 광변환효율(PCE) 10.91%, 개방전압(Voc) 2.38 V를 기록했다. 투명도를 유지하면서도 실질적인 전력 생산이 가능한 수준의 성능을 확보한 것으로 평가된다.

강동원 교수는 “건물 창호나 자동차 유리 등에서 전력 생산이 가능한 투명 태양전지의 실용 가능성을 확인한 결과”라며 “도심형 에너지 생산과 제로에너지빌딩 구현에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구 결과는 재료 분야 국제학술지 Advanced Materials에 2월 17일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.