스마트 투명 태양광 기반 도심형 효율적 에너지 제어 시스템 개발

한국산업기술기획평가원(KEIT, 원장 전윤종)이 지원하는 지식서비스산업기술개발사업(파괴적혁신R&D설계기획)을 통해, 스마트 투명 태양광 플랫폼을 적용한 도심형 효율적 에너지 제어 시스템이 개발됐다.

도심 에너지는 사용밀도가 매우 높고 건물과 유리 창호가 많은 특징이 있어, 새로운 에너지 창출과 효율적인 에너지 이용이 요구되는 분야다. 이에, KEIT는 지식서비스산업기술개발사업(파괴적혁신R&D설계기획)을 통해 ‘지속 가능한 도심형 투명 에너지 생산 시스템’ 과제를 지원해왔다.

본 과제의 책임자로 참여한 인천대학교 전기공학과 김준동 교수는 도심 창호에 적용할 수 있는, 완전 투명한 태양광 발전 시스템과 효율적인 에너지 사용 방안에 대한 플랫폼을 개발했다.

본 기술에는 투명 태양전지와 투명 히터가 사용됐다. 투명 태양전지는 투명한 산화물과 실리콘 박막으로 제작됐으며, 투명 히터는 산화물과 나노선을 이용해 태양전지와 접합하는 하이브리드 형태로 제작됐다.

이로 인해, 건물 창호로 사용할 수 있을 만큼 높은 투과도를 가지면서도, 효율적으로 태양광 발전을 하는 기술과 온도 조절 기능을 동반한다. 필요에 따라 전기를 생산하는 방식과 에너지 관리를 효율적으로 하는 온도 제어 방식으로 구동할 수도 있다.

또한, 비가 오거나 눈이 쌓여 시야가 가려지는 상황에서는 투명 태양전지로부터 생산된 전기 에너지를 활용할 수 있다. 이를 통해, 투명 히터가 작동하게 함으로써 시야를 확보할 수 있다. 자동차 앞유리 등에 적용될 수 있는 범용적 투명에너지 활용 기술이다.

특히, 투명 히터 기술을 기존 태양전지 모듈에 적용하게 되면, 눈 덮인 태양광 모듈의 발전 불능 등 날씨 환경에 크게 영향을 받는 단점을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 본 기술은 현재 국내 특허로 1건을 출원(10-2023-0119202)하고 추가 특허 출원을 준비 중에 있으며, 국제 응용기술 학술지인 Advanced Science*와 Small**에 표지논문으로 게재됐다.

* ‘Advanced Science’(Impact factor 17.521, 제목 : Field-Induced Transparent Electrode-Integrated Transparent Solar Cells and Heater for Active Energy Windows: Broadband Energy Harvester)

** ‘Small’(Impact factor 15.153, 제목 : All-Oxide Transparent Photodetector Array for Ultrafast Response through Self-Powered Excitonic Photovoltage