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.
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