□ 고려대학교(총장 김동원) 융합에너지공학과 겸 에너지환경대학원(그린스쿨) 전용석 교수 연구팀이 한국항공대학교, 한국과학기술연구원(KIST) 연구팀과 함께, 창문처럼 투명함을 유지하면서도 낮에는 햇빛, 밤에는 실내등으로 24시간 전력을 생산할 수 있는 ‘투명 태양광 창호 기술’을 개발했다.

□ 본 연구 성과는 에너지 분야의 세계적 국제 학술지인 ‘Joule(IF=35.4)’ 온라인에 11월 21일 게재됐으며, 17일 정식 출판됐다.

*논문명: Scalable hybrid solar window with high transparency, high efficiency, and superior color rendering

*DOI: 10.1016/j.joule.2025.102216

*URL: https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102216

□ 기존 투명 태양전지는 투명도를 높이면 전기 발전 효율이 떨어지고, 효율을 높이면 투명도가 낮아지는 모순이 있었다. 또한, 박막 태양전지는 빛을 흡수하는 과정에서 빛의 색상이 왜곡돼 창호형 건물 일체형 태양광(BIPV)으로 적용하기에는 한계가 있었다.

*창호형 건물 일체형 태양광(BIPV): 태양광 발전 모듈을 창호 등 건물 구조에 직접 통합해, 건축 자재와 전력 생산 기능을 동시에 수행하는 미래형 에너지 시스템

□ 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 분산 브래그 반사경(DBR)과 양면수광형 실리콘 태양전지를 결합한 새로운 구조를 설계했다. 이 구조는 눈에 보이는 가시광선은 그대로 통과시키고, 눈에 보이지 않는 근적외선만 선택적으로 반사해 태양전지로 보낸다. 이를 통해 창문처럼 밝은 투명도를 유지하면서도 발전 효율을 높일 수 있도록 했다.

*분산 브래그 반사경(DBR): 특정 파장의 빛만 반사하고 나머지는 투과시키는 광학 필름

*양면수광형 실리콘 태양전지: 앞·뒷면으로 들어오는 빛을 모두 활용해 발전하는 태양전지

□ 또한 양면 태양전지의 특성을 활용해 낮에는 햇빛, 밤에는 LED, 형광등 등 실내 조명빛을 흡수해 전기를 생산하는 ‘24시간 발전 시스템’을 구현했다. 이는 시간·날씨 변화에서도 안정적으로 전력을 확보할 수 있어, 기존과는 차별화된 성능을 구현한 것이다.

□ 연구팀이 개발한 태양광 창호 모듈은 높은 발전 효율을 기록하는 동시에, 75.6%의 빛 투과율로 실제 창문과 유사한 밝기를 확보했다. 또한 창문을 통해 들어오는 빛의 색을 얼마나 정확하게 재현하는지를 나타내는 연색지수 역시 93.8%로, 기존 투명 태양전지의 문제였던 ‘색 왜곡 현상’까지 해결했다.

□ 전용석 교수는 “이번 성과는 창호의 투명성을 유지하면서도 눈에 보이지 않는 적외선과 실내 조명까지 에너지로 활용할 수 있음을 입증한 것”이라며, “향후 제로에너지 빌딩과 전기차 창호 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

□ 본 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행됐다.