서관용 교수

기존 결정질 실리콘 태양전지가 지닌 불투명성과 단단한 구조적 특성을 극복하여 창호나 유연 소자에 적용할 수 있는 태양전지를 개발하기 위해 본 연구를 시작했습니다. 실리콘 웨이퍼 표면에 미세 구조를 도입하여 가시광선을 선택적으로 투과시키는 기술을 개발했으며, 별도의 도핑 공정 없이 이종접합을 형성하는 비도핑 기반 이종접합(Dopant-free heterojunctions) 기술을 함께 적용했습니다. 마이크로/나노 스케일의 표면 구조 설계가 광 흡수와 캐리어 수집 효율에 미치는 영향을 체계적으로 분석하여 구조체의 형상과 배열 간격을 최적화했습니다. 나노 스케일 간격으로 배열된 마이크로와이어 어레이 구조를 통해 20.5%의 광전변환 효율을 달성했으며, 무작위로 배치된 마이크로 피라미드 구조를 적용한 경우에는 20% 투과도 조건에서 16.1%의 효율을 기록했습니다. 이러한 결과는 실리콘 태양전지의 투명성과 발전 효율을 동시에 확보할 수 있음을 보여주는 성과로, 창호형 태양전지와 유연 태양전지 개발의 기반 기술로 활용되고 있습니다.

건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템과 모바일 기기 화면을 에너지 공급원으로 활용하기 위한 투명·반투명 태양전지 연구를 수행하고 있습니다. 태양전지 전면에 금속 전극을 배치하지 않는 후면전극형(All-back-contact, ABC) 설계와 금속 와이어를 제거한 심리스 모듈화(Seamless Modularization) 기술을 핵심 기술로 개발했습니다. 이러한 설계는 태양전지 전면의 광학적 손실을 최소화하면서 모듈 제작 공정을 단순화하는 데 기여했습니다. 이 기술은 자동차 유리, 건물 외장재, 소형 모바일 전자기기 등에 적용될 수 있으며, 삼성전자 종합기술원(SAIT) 및 삼성SDI와 기술협력 과제를 수행하며 상용화 가능성을 검증하고 있습니다. 가시광선 투과율 20% 조건에서 최고 15.8%의 전력 변환 효율(PCE)을 달성했으며, 16 cm² 크기의 모듈을 제작해 자연 태양광 환경에서 스마트폰을 충전하는 실증 시연에 성공했습니다. 해당 기술은 실제 환경에서의 검증을 완료한 TRL 5-7 단계에 도달해 있습니다.

고효율 그린 수소 생산과 별도의 광학 필터 없이 구현 가능한 이미지 센서 개발을 목표로 광센서 및 수전해 시스템 연구를 진행하고 있습니다. 실리콘 나노와이어 구조에 광학 차단층과 전계 유도형 접합을 적용하여 특정 파장만을 선택적으로 검출하는 파장 선택적 광검출 기술을 개발했으며, 광전기화학(PEC) 시스템의 구조 및 공정 최적화 기술을 함께 확보했습니다. 특히 광학 차단층 구조 설계를 통해 별도의 컬러 필터 없이도 파장별 신호 분리가 가능하도록 구현했습니다. 이 기술은 필터 없는 이미지 센서와 그린 수소 생산 시스템에 적용되고 있으며, 한국에너지기술평가원(KETEP)의 국가 지원 과제를 통해 시스템 통합 연구를 수행하고 있습니다. 결정질 실리콘 광음극을 이용해 41.7 mA/cm²의 전류 밀도를 달성했으며, 태양광-수소 전환 효율이 미국 에너지부(DOE) 기준 대비 4배를 초과하는 성과를 기록했습니다. 해당 기술은 시스템 통합 단계인 TRL 4-6 수준에 있습니다.