중앙대학교(총장 박세현) 에너지시스템공학부 강동원 교수팀은 대구경북과학기술원(DGIST) 고서진 교수팀과의 협업을 통해 가시광선은 투과시키고 자외선·적외선 영역만 선택적으로 흡수하는 투명 페로브스카이트/유기 모노리틱(monolithic) 탠덤 태양전지를 개발해, 세계 최고 수준의 광이용효율(LUE) 6.04%를 달성했다.

기존 투명 태양전지는 투명도를 높이면 빛 흡수량이 줄어 효율이 낮아지고, 반대로 효율을 높이면 불투명해지는 물리적 상충 관계로 인해 실제 창호 적용에 한계가 있었다. 특히 조망권 확보를 위해 평균가시광선투과율(AVT) 50% 이상이 요구되는 환경에서는 실용적인 발전 성능 확보가 쉽지 않아, 도심형 태양광 발전 시스템 확대의 걸림돌로 지적돼 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 자외선 흡수에 특화된 초광대역 밴드갭 페로브스카이트 상부전지와 근적외선 흡수에 강한 유기 하부전지를 수직으로 적층한 모노리틱 하이브리드 탠덤 구조를 설계했다. 가시광선 영역은 최대한 투과시키면서 인간의 눈에 보이지 않는 자외선과 근적외선 에너지를 분할 수확하는 새로운 파장 선택형 광학 시스템을 구현한 것이다.

상부 전지에는 DMA(Dimethylammonium) 양이온과 할라이드 엔지니어링을 적용해 밴드갭을 2.34 eV까지 확장하고 전압 손실을 줄였다. 하부 전지에는 삼원계 블렌드 전략을 도입해 근적외선 수확 효율과 전하 수송 특성을 동시에 끌어올렸다. 이를 통해 투명도와 발전 성능 간의 기존 한계를 넘어서는 모노리틱 탠덤 소자를 구현했다.

이번 연구를 통해 개발된 소자는 평균가시광투과율(AVT) 55.39%, 광변환효율(PCE) 10.91%, 광이용효율(LUE) 6.04%를 기록했다. 이는AVT 50% 이상의 투명 태양전지 가운데 세계 최초로 LUE 6%를 돌파한 성과다. 또한 개방전압(Voc) 2.38 V를 달성해 페로브스카이트/유기 및 페로브스카이트 기반 2중 접합 탠덤 시스템 중 최고 수준의 전압 특성도 확보했다.

강동원 교수는“이번 성과는 투명 태양전지가 단순히 빛을 통과시키는 수준을 넘어, 실제 건물 창호나 자동차 유리창에서 실용적인 전력을 생산할 수 있음을 보여준 사례”라며, “도심형 에너지 생산과 제로에너지빌딩 구현을 앞당길 수 있는 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

연구팀이 개발한 소자는 가시광선 영역에서 높은 투과 특성을 확보해 소자 뒤편 사물이 왜곡이나 흐림 없이 선명하게 보이도록 제작됐다. 이에 따라 건물 일체형 태양광(BIPV) 창호, 자동차 전면 유리, 미래 모빌리티, IT 기기 등 공간 제약 없이 에너지원이 필요한 다양한 분야로의 확장 가능성도 기대된다.

이번 연구성과는 재료분야 권위지인 Advanced Materials (IF: 26.8)에 2026년 2월17일 게재됐다 (논문명: “Visibly Transparent Monolithic Perovskite/Organic Tandem Solar Cells Achieving Over 6% Light-Utilization Efficiency, (2026) Volume38, Issue10, e20278 DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202520278). 해당 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 지원하는 ‘한우물파기 기초연구’ 및 ‘기초연구실지원사업’ 수행을 통해 이루어졌다.

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