'딱정벌레 표피' 닮은 고효율 색반사 필름 개발

알록달록 색을 입힌 차세대 컬러 태양전지가 국내 기술진에 의해 개발됐다. 연구 성과는 에너지 분야 국제 학술지인 '나노에너지'(Nano Energy)에 지난 5일 게재됐다.

한국연구재단은 경희대 최석원 교수·울산과학기술원 송명훈 교수 연구팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름을 제작한 뒤 이를 부착한 건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지를 만들었다고 22일 밝혔다.

건물 외벽, 지붕, 창호 등에 적용할 수 있는 건물일체형 태양전지는 건물의 특색과 도시 미관 등 심미적 요인도 중요해서 다채로운 색상의 태양전지 개발 연구가 이뤄져왔다. 하지만 기존 컬러 태양전지는 태양광 흡수층의 흡수율을 제어해 효율이 낮아지거나 복잡한 광학설계 및 공정방식으로 인해 대형화 및 비용 절감에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 딱정벌레 표피의 미세 나선구조에 나타나는 빛 반사 현상을 모방한 색반사 필름을 개발했다. 단일층 액정 소재 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하지만, 액정 자가조립을 이용한 나선구조를 유도해 반사율 100%의 초반사 필름을 제작했다.

높은 반사율의 딱정벌레 표피가 2장의 나선구조 층 사이에 빛의 편광을 변환시켜주는 또 다른 층을 둔 3층 구조라는 것에 착안했다.

연구팀은 넓은 면적·낮은 비용 제작에 유리한 습식공정 방식으로 색반사 필름을 페로브스카이트 태양전지에 적용했다. 페로브스카이트는 부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물로 이를 활용해 제작한 태양전지는 상용 실리콘 태양전지와 달리 가볍고 유연하다.

한국연구재단은 "고효율 전력 생산이라는 고유 기능뿐만 아니라 미적인 기능까지 더했다"며 "탄소중립 시대에 에너지를 자체 생산하는 건축물 자재로 널리 활용될 수 있을 것"이라고 강조했다.