태양전지, 태양에 '구속' 될 필요 없어진다
태양전지, 태양에 '구속' 될 필요 없어진다
  • 강지희
  • 승인 2019.11.24 12:05
  • 조회수 1506
  • 댓글 0
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이게 무슨 소리요. 태양전지가 태양이 필요없다니. 출처: pixabay
이게 무슨 소리요. 태양전지가 태양이 필요없다니. 출처: pixabay

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발했습니다. 연구팀은 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층 소재를 사용해 고효율의 유기태양전지를 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구 논문은 <ACS Energy Letters>에 게재됐습니다. 

  • 광흡수층?

태양빛을 흡수해 얻은 빛 에너지로 전력을 생산하는 전극 사이의 층을 말합니다.

  • 유기태양전지(Organic photovoltaics)?

탄소 기반의 전도성 광흡수 유기재료를 사용해 만든 태양전지를 말합니다.

표지 논문 이미지 : 실내 광원으로 발전하는 태양전지의 활용. 출처: KIST

 

태양전지, 햇빛에 구속되지 않으려면? 

 

태양전지는 미래의 핵심 친환경 에너지원으로 자리 잡고 있는데요. 태양전지는 날씨와 환경에 구애받지 않고 발전할 수 있는 태양전지 기술을 개발할 필요가 있습니다. 특히 기존에 상용화된 태양전지의 경우 흐린 날씨나 햇빛이 약한 아침과 저녁에는 발전량이 급격히 감소하는 단점이 존재했는데요. 그 때문에 발전할 수 있는 기간과 시간대가 한정적이고 지속적인 전원 공급이 힘들다는 제약이 있었죠.

 

유기태양전지의 경우 적은 양의 햇빛에도 효과적으로 전기에너지를 만들 수 있다고 알려져 있습니다. 유기태양전지는 특히 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층의 소재를 다양하게 디자인할 수도 있는데요. 덕분에 소재 개발을 통해 흐린 날에도 태양광 발전량을 향상시킬 수 있습니다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 소재 디자인의 원리에 대한 이해도가 낮고 적합한 소재를 찾지 못해 고효율의 안정적인 유기태양전지를 개발하지 못하고 있는 실정입니다. 

고감도 고분자를 응용한 유연 유기태양전지 모듈. 출처: KIST

KIST 연구진은 기존의 세계 최고 수준의 유기태양전지용 고분자(PBDBT-2F) 소재에 염소와 황 성분을 도입했습니다. 개발된 신소재(신규 고분자 PBDBT-SCl)는 약한 빛에도 효과적으로 전기에너지 생산이 가능합니다. 또한 구조 제어를 통해 생성된 전기의 손실을 최소화할 수 있도록 했죠. 연구진은 개발된 신소재를 적용한 대면적 유기태양전지 모듈을 제작했습니다. 제작한 모듈은 평상 시 맑은 날뿐만 아니라 흐린 날에도 효과적으로 발전한다는 사실이 실험을 통해 확인했습니다. 

 

개발된 신소재는 태양광의 1/10 수준인 조건에서 기존 소재에 비해 30% 향상된 성능(13.23%의 효율)을 보였습니다. 태양전지 모듈의 경우 실내조명인 형광등(500 lx)을 광원으로 사용했을 때도 약 38% 향상된 효율(21.53%)로 전기를 생성할 수 있었죠.

 

특히 기존에 알려진 세계 최고 효율의 고분자보다 26% 어두운 빛의 환경(3700 lx)에서도 동일한 전력을 생산할 수 있는 높은 효율성을 보였습니다. 이러한 저조도 환경에 최적화된 태양전지는 향후 적은 전력으로 구동할 수 있는데요. 상시 전력 공급이 필요한 스마트 팜이나 사물 인터넷(IoT) 센서 등에도 적용할 수 있다고 합니다.

  • 태양광?

맑은 날 태양빛이 최고조인 상태(1 Sun)를 말합니다. 보통의 실내조명은 태양광보다 500배 낮은 200lx 수준입니다.

손해정 박사. 출처: KIST

이번 연구를 주도한 KIST 손해정 박사는 "이번 성과는 우리나라와 같이 미세먼지 등으로 흐린 날이 많은 저조도 환경에서 효과적으로 발전할 수 있는 유기태양전지용 소재의 핵심기술 개발에 기여했다"며 "향후 지속적인 추가연구를 통해 세계 태양광 시장에서 차세대 태양전지 핵심 소재를 조기에 선점할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


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