기본 콘텐츠로 건너뛰기

44.7% 의 최고 효율을 달성한 태양 전지




 태양 전지 (Solar cell) 효율성 (efficiency) 부분에서 새로운 기록이 수립되었습니다. 태양 전지는 태양 빛을 전기로 바꾸는 장치로 현재 최고 에너지 변환 효율에서 44% 대의 기록을 가지고 있습니다. 독일 프라운호퍼 태양 에너지 연구소 (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Soitec) 와 홀무츠 센터 베를린 (Helmholtz Center Berlin) 의 연구자들이 새로 선보인 이 작은 태양 전지는 적외선에서 자외선 영역의 파장에너지 중 44.7% 를 전기로 전환시키는 능력을 가지고 있습니다. 연구팀의 더 장기적인 추진 과제는 50% 에너지 변환 효율로 이 목표에 도달하는데는 상당한 어려움이 예상되지만 이번 연구를 통해 큰 일보를 내딛은 것으로 평가하고 있습니다.



(44.7% 라는 새로운 세계 신기록을 수립한 태양 전지  World record solar cell with 44.7% efficiency, made up of four solar subcells based on III-V compound semiconductors for use in concentrator photovoltaics. Credit: Fraunhofer ISE )


 사실 이 분야에서는 1% 의 효율을 더 올리는 일도 매우 큰 도전이라고 할 수 있습니다. 2013 년 5월에 프라운호퍼의 독일 - 프랑스 팀 및 여러 합동 연구팀 (German-French team of Fraunhofer ISE, Soitec, CEA-Leti and the Helmholtz Center Berlin) 이 세운 기록은 43.6 % 였습니다. 이들은 거의 넉달만에 1% 더 높은 기록을 수립한 셈입니다. 이는 흔치 않은 기록입니다.  


 이들이 개발한 태양 전지는 III-V multi-junction solar cells 라는 방식을 사용합니다. 본래 우주에서 위성 등을 위해서 개발된 이 태양전지는 서로 다른 파장대에서 최대의 에너지를 변환하는 III-V 반도체를 여러층으로 쌓아서 만듭니다. 프라운호퍼 팀의 태양 전지는 4 개 층을 쌓아서 만들어졌습니다. 아래 표에서 보듯이 multi-junction cell 방식이 가장 높은 효율을 달성할 수 있습니다. 대신 가격이 매우 비싼 점이 대중화의 걸림돌이라고 하겠습니다.



(태양 전지의 에너지 변환 효율 변화. 가장 최근의 44.7% 기록은 빠져 있음. 클릭 하면 원본.  National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO.  L.L. Kazmerski. public domain image )


 과연 언제 50% 의 벽을 깰 수 있을지는 아무도 확신할 수는 없지만 40% 의 벽을 깬 것 처럼 50% 의 벽을 깨는 것도 언젠가는 가능할 지 모릅니다. 그러나 변환 효율이 100% 에 가까워 질수록 1% 를 올리기가 매우 버거워 질 것은 분명합니다. 


 사실 이 보다 더 문제는 비용과 지속성입니다. 태양 전지가 미래 에너지원으로 불충분한 이유는 비용과 더불어 밤이나 흐린 날에는 전기를 생산하지 못하는데 있습니다. 그럼에도 일단 높은 효율을 가진 태양전지를 비교적 저렴한 가격에 생산이 가능하다면 적지 않은 의의가 있을 것입니다. 또 이런 고가의 고효율 태양 전지 역시 우주 개발 용 (예를 들어 인공 위성이나 혹은 우주 탐사선) 으로 수요가 분명히 존재합니다. 향후 더 효율이 높고 저렴한 태양 전지 개발이 필요한 이유입니다. 


 참고 




댓글

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...