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차세대에너지연구소

강홍규 책임연구원

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“서울 건축물의 유리창이 모두 태양전지라면”

GIST, 도시 경관과 어우러지는 반투명 태양전지 개발

대면적·안정성·고효율 구현

- 차세대에너지연구소 강홍규 책임연구원 · 신소재공학부 이광희 교수 공동연구팀, 

세계 최고 수준 206cm² 반투명 유기태양전지 모듈 면적에서 고효율 및 장기 안정성 확보

- “건축물 창호, 차량 유리, 디스플레이 등 투명성 요구되는 다양한 분야 적용 가능”

- 국제학술지《Chemical Engineering Journal》게재

□ 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 태양전지는 기후 위기에 

대응하기 위한 청정 에너지원으로 주목받고 있지만, 현재 상용화된 실

리콘 태양전지는 부피가 크고 무거우며 효율성이 낮은 데다가 불투명

한 특성이 있어 도심 건축물과 조화를 이루기 어렵다는 단점이 있다.

  ∘ 국내 연구진이 1000시간 이상의 고안정성 테스트를 거친 세계 최대 

수준인 206cm²크기의 대면적 반투명 유기 태양전지 모듈을 구현하여 

대형화와 내구성의 ‘두 마리 토끼’를 다 잡는 데 성공함으로써 건

물 일체형 태양광 발전(BIPV) 시장에서 고효율과 심미성을 동시에 만

족하는 상품화가 가능할 것으로 기대된다.

□ 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 차세대에너지연구소 강홍규 책임

연구원과 신소재공학부 이광희 교수 공동연구팀이 도심 친화형 태양광 

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시장을 선도할 수 있는 ‘차세대 반투명 유기태양전지’기술을 개발했

다고 밝혔다. 특히 연구팀은 이번 연구 성과를 통해 세계 최고 수준의 

안정성을 확보하는 데 성공했다.

  ∘ 반투명 유기태양전지는 건축물 창호나 차량 유리, 디스플레이 등 투명

성이 요구되는 다양한 분야에도 적용 가능하며, 심미성을 유지하면서

도 전력을 생산할 수 있어 도시 환경과 조화로운 에너지 솔루션으로 

각광받고 있다.

  ∘ 특히, 도심 친환경 에너지 인프라 확대 및 미래 에너지 산업 생태계 

구축에 기여할 것으로 기대되는 가운데 넓은 면적으로 만들 수 있다

는 점에서 향후 공정 자동화 및 생산 효율 극대화로 장기적 경제성과 

친환경성도 기대할 수 있다.

□ 그러나 기존 반투명 유기 태양전지 기술은 유기 소재와 투명 전극의 

취약성으로 인해 장기적 안정성과 건물에 적용하기 위한 대면적 구현

이 어렵다는 문제가 있다.

  ∘ 또한, 지금까지의 유기 태양전지는 주로 불투명한 형태로 연구가 이루

어져 왔으며, 반투명 유기 태양전지 연구도 작은 셀 단위나 소면적 모

듈에서 제한적으로 진행됨에 따라 상업적으로 경쟁력 있는 수준의 효

율과 안정성을 동시에 달성한 연구는 전혀 이뤄지지 않았다.

□ 특히, 유기 태양전지는 외부 환경(습기, 산소, 자외선 등)에 민감하여 

시간이 지남에 따라 효율이 급격히 저하되는 내구성 문제가 있다. 기

존 봉지화 방식*은 이러한 스트레스 요인을 충분히 차단하지 못할 뿐

더러 일반적인 봉지재* 적용 시 투과도를 크게 떨어뜨려 반투명 유기

태양전지 상용화의 큰 장애물로 작용했다.

    * 봉지화 방식: 외부 환경(습기, 산소, 오염물질 등)으로부터 내부 소재나 장치를 

보호하기 위해 사용하는 밀봉 기술

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    * 봉지재: 내부 구성 요소를 외부 환경(습기, 산소, 열, UV 등)으로부터 보호하기 

위해 사용하는 밀봉 및 보호용 재료. 봉지화 방식에서 핵심적으로 사용되며, 대

상 물질이나 장치의 성능과 수명을 최대한 유지시키는 재료

□ 따라서, 연구팀은 모듈의 확장성 구현을 위해 슬롯다이 코팅(Slot-die 

Coating)* 공정을 도입하여 대면적 모듈에서도 균일한 코팅 두께를 구

현하여 효율 균일도를 확보했다. 또한, 기존 독성 용매 대신 친환경 비

할로겐 용매를 활용하여 작업자의 안전과 환경 보호를 동시에 고려하

였다.

   * 슬롯다이 코팅(Slot-Die Coating) : 액상 재료를 균일하고 정밀한 두께로 연속적

으로 도포하는 공정 기술로 나노 박막 형성 및 대량 생산에 쓰이는 코팅 방식

□ 연구팀은 또한 유리-유리(G2G) 봉지* 기술을 기반하여 대면적 모듈 크

기를 완전히 보호하는 새로운 방법을 도입했다. 특히, 머캅토 에스터* 

가 포함된 고투명 무용제 수지를 활용하여 자외선에 의해 폴리머 네트

워크 형성을 유도함으로써 외부 요인으로 인한 열화*를 지연시켜 모듈

의 고내구성까지 확보하였다.

    * 유리-유리(G2G) 봉지: 두 장의 유리를 접합하여 내부를 밀폐하는 기술

    * 머캅토 에스터(mercapto-ester): 티올기(-SH)와 에스터기를 포함하는 화합물이

며, 가교 결합 형성 능력이 좋아 고분자 및 접착제의 경화제로 사용되는 물질

    * 열화:　절연체가 외부적인 영향이나 내부적인 영향에 따라 화학적 및 물리적 성

질이 나빠지는 현상

□ 이를 바탕으로 세계 최고 수준인 206cm²크기의 대면적 반투명 유기 

태양전지 모듈에서 1000시간 이상의 가속 열화 조건에서 고안정성 

(ISOS-L-2 테스트*)을 확보하였다. 이는 기존 문헌에 보고된 최고 수준

인 114.5cm²면적에서 4.5%의 광전변환효율과 비교했을 때, 약 1.8배의 

면적 증가와 동시에 2.3배 높은 광전변환 효율을 달성한 것이다.

  ∘ 또한 유기 태양전지의 주요 열화 기작인 광산화와 전극 산화를 효과

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적으로 억제한 결과로, 초기 광변환 효율 감소율 10.37%에서 1000시간 

가속 열화 조건 테스트 후에도 8.8%를 유지하는 성과를 얻었다. 특히, 

보고된 문헌에서는 약 400시간 이내에 20% 이상의 효율 감소를 보였

으나, 본 연구에서는 1000시간 장시간 테스트에서도 15% 감소에 그치

는 획기적인 개선 효과를 입증하였다.

    * 광산화(Photo-oxidation): 태양빛이 산소와 반응하여 유기 반도채 재료의 화학적 

구성을 변화시키는 현상

    * ISOS-L-2(International Summit on Organic PV Stability): 유기 태양전지의 안

정성 평가 및 테스트 방법에 대한 국제적인 기준을 제시하는 플랫폼이며, 상업

적 실외 조건을 반영한 테스트로써 태양전지가 실제 환경에서 얼마나 안정적으

로 작동할 수 있는지 확인하는 규격.

□ 아울러 연구팀은 건물용 유리 표준(KS L 2514)에 부합하는 광학·에너

지 차단 성능에 대하여 인증 기관인 한국유리공업㈜ 기술연구소(현 LX

글라스 기술연구소)를 통해 시험성적서를 발급받음으로써 현재 사용되

고 있는 건축용 유리를 반투명 유기태양전지로 대체할 수 있다는 가능

성을 입증했다.

  ∘ 실제로 지난 2022년 11월 신소재공학부 이광희 교수가 창업한 ㈜리셀

은 이번 연구 결과를 바탕으로 건물일체형 반투명 유기태양전지의 상

용화를 목표로 대량 생산 체계 구축에 박차를 가하고 있다.

□ 강홍규 책임연구원은 “이번 연구 성과는 유기태양전지의 대면적 확장 

가능성과 장기 안정성 문제를 봉지 공정을 통해 해결하였다”고 설명

하며, “차량용 윈도우나 스마트 디스플레이 등 일상 속 다양한 영역에 

반투명 태양전지를 적용함으로써 도심 친환경 에너지 인프라 확충에 

크게 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

□ GIST 차세대에너지연구소 강홍규 책임연구원과 신소재공학부 이광희 

교수가 교신저자로 참여하고, 차세대에너지연구소 정현석 연구원, 기태

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윤 박사과정생, 히거신소재연구센터 임동하 연구원이 수행한 이번 연

구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부가 지원하는 

기후변화대응기술개발사업, 개인기초연구, 창업성장기술개발, 그리고 

GIST 차세대에너지연구소의 기관 고유 사업의 지원을 받았으며, 화학

공학 분야의 권위 있는 국제학술지 《케미컬 엔지니어링 저널

(Chemical Engineering Journal)》에 2025년 1월 1일 게재되었다.  <끝>

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사 진 설 명

[사진] (왼쪽부터) 강홍규 책임연구원, 이광희 교수, 정현석 연구원(제1저자), 

기태윤 박사과정생(제1저자), 임동하 연구원(제1저자)

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그 림 설 명

[그림1] (상단) 본 연구팀이 제작한 반투명 유기태양전지 모듈의 단면 

구조와 봉지 방법들을 나열한 모식도와 (왼쪽 하단) 대면적 모듈의 

장기 안정성 평가를 통한 효율 변화 추세 및 (오른쪽 하단) 기존 

문헌에서 보고된 효율과 안정성과 비교한 본 연구의 우수성 지표

[그림2] (좌) 반투명 태양전지 모듈의 열화 메커니즘을 규명하기 위해 

시간에 따른 유기 반도체 소재의 흡광도 변화를 분석한 결과. 

광산화로 인해 소재의 열화 과정을 확인하였으며, 봉지재 적용을 

통해 이를 효과적으로 억제할 수 있음을 입증함. (우) 모듈 내부 

저항의 변화를 통해 봉지재가 투명전극의 광산화 또한 성공적으로 

방지함을 확인함.

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논문의 주요 정보

1. 논문명, 저자정보 

 - 저널명 : Chemical Engineering Journal (2023 JCR 상위 3.7%, IF: 13.4)

 - 논문명 : Realizing the potential of scalable and stable semitransparent 

organic solar modules

 - 저자 정보 : 정현석(제1저자, GIST 차세대에너지연구소), 

기태윤(제1저자, GIST 신소재공학부), 임동하(제1저자, GIST 

히거신소재연구센터), 이산성(GIST 신소재공학부), 

장준호(GIST 히거신소재연구센터), 김상조(GIST 

차세대에너지연구소), 이광희 교수(GIST 

히거신소재연구센터, 신소재공학과, 공동교신저자), 강홍규 

책임연구원(GIST 차세대에너지연구소, 대표교신저자)