오늘날 태양 전지를 이용해서 전기 에너지를 생산하는 장면은 더 이상 낯설거나 신기한 모습이 아닙니다. 아직 우리나라는 태양광 에너지가 널리 보급되지는 못했지만 전세계적으로 태양광 에너지 수요는 폭발적으로 증가되고 있습니다. 물론 여기에는 일부 거품도 끼어있기는 하지만 갈수록 태양 에너지에 대한 수요가 증가할 것이라는 점은 의심하기 힘듭니다.
그런데 집에다 거대한 태양 전지 패널을 설치하면 생기는 한가지 문제는 채광이 어렵다는 점입니다. 따라서 대부분의 태양전지는 지붕에 설치하는 경우가 대부분입니다. 창으로도 햇빛이 비치지만 여기에 태양 전지를 설치할 수는 없는 일이죠. 그러나 어쩌면 미래에는 이것도 가능할 지 모릅니다. 미시간 주립대학의 연구자들이 투명한 형태의 태양 에너지 흡수 소재를 개발했기 때문입니다.
(투명한 태양 전지 : Solar power with a view: MSU doctoral student Yimu Zhao holds up a transparent luminescent solar concentrator module. Credit: Yimu Zhao. )
미시간 주립대의 리처드 런트 교수 (Richard Lunt, an assistant professor of chemical engineering and materials science) 에 의하면 자신들의 발명에서 가장 핵심적인 단어는 바로 투명 (transparent) 하다는 점이라고 강조했습니다. 사실 태양광 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 소재의 연구는 지난 반세기간 전세계의 수많은 연구자들이 끊임없이 시도했던 일이었는데, 이 중에는 바로 투명한 형태의 태양 전지 소재도 있었습니다.
그러나 과거에 있었던 플라스틱 계통의 태양 전지들은 에너지 효율은 극도로 낮으면서 실제로는 투명도가 매우 떨어져 실용화의 가능성이 없었습니다. 런트 교수와 그의 대학원생인 이무 자오 (Yimu Zhao, a doctoral student in chemical engineering and materials science) 가 함께 개발하나 새로운 소재는 가시광 파장 이외의 자외선 및 근적외선 파장의 에너지는 흡수해서 다시 적외선 파장으로 내보내는 반면 가시광 영역에 속하는 파장은 그대로 투과시킵니다. 그 결과 인간의 눈으로 봤을 때는 투명한 소재로 보이게 되는 것입니다. 다만 태양 투명 전지까지 가는 길은 좀 더 남아 있습니다.
새로운 신소재는 작은 유기물 분자를 첨가한 층으로 이뤄져 또 한가지 장점을 가지고 있는데 그것은 바로 플렉서블 (Flexible) 하고 얇아질 수 있다는 것입니다. 아직 상용화까지는 먼 거리가 있는 소재이긴 하지만 미래에는 태양에너지를 생산하는 투명한 유리창이나 채광창을 넘어선 응용이 가능해질 수 있습니다. 예를 들어 유리창에서 전기를 생산하는 자동차나 디스플레이를 통해서 태양에너지를 생산하는 스마트폰이나 타블렛 등이 가능할지 모릅니다.
물론 설령 그것이 가능해진다고 해도 (왜냐하면 신물질 개발과 사용화는 매우 큰 간극이 있을 뿐 아니라 전기를 생산하는 투명 태양전지를 완성한 게 아니기 때문에) 가까운 미래는 아니겠지만 아무튼 가능하다면 꽤 흥미로운 이야기인 것 같습니다. 이 연구는 Advanced Optical Materials 에 실렸습니다.
참고
Journal Reference:
- Yimu Zhao, Garrett A. Meek, Benjamin G. Levine, Richard R. Lunt. Light Harvesting: Near-Infrared Harvesting Transparent Luminescent Solar Concentrators (Advanced Optical Materials 7/2014). Advanced Optical Materials, 2014; 2 (7): 599 DOI: 10.1002/adom.201470040
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