비누 방울 위에도 뜰 수 있는 초막박 태양 전지

(The MIT team has achieved the thinnest and lightest complete solar cells ever made, they say. To demonstrate just how thin and lightweight the cells are, the researchers draped a working cell on top of a soap bubble, without popping the bubble. Credit: Joel Jean and Anna Osherov )​

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 태양 전지는 이미 여러 분야에서 사용되고 있으며, 점차 친환경 에너지가 강조되는 추세를 감안하면 앞으로는 더 많이 사용될 것입니다. 그런 만큼 미래 시장성을 보고 과잉투자가 이뤄지기도 했지만, 미래 대세 에너지 가운데 하나라는 사실을 부정할 사람은 많지 않을 것입니다. 현재까지 많은 기술투자가 이뤄져 패널 단가도 많이 하락했고 에너지 효율도 올라가고 있습니다.

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 하지만 현재의 태양광 패널은 무겁고 딱딱하다는 한계를 가지고 있습니다. 종이처럼 가볍고 쉽게 구부릴 수 있는 플렉서블 태양 전지를 개발할 수 있다면 여러 분야에서 활용도가 높을 것입니다. 예를 들어 휴대용 기기에 탑재할 수도 있고 최근 각광을 받는 무인기의 날개에 설치해서 지상으로 오랜 시간 착륙할 필요가 없는 고고도 무인기 제작도 수월해질 것입니다.

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 MIT의 블라디미르 불로빅 교수(MIT professor Vladimir Bulović)가 이끄는 연구팀은 비누 방울 위에도 뜰 수 있는 초박막 태양 전지를 개발하는데 성공했습니다. 이 태양 전지 자체의 효율은 사실 높지 않지만 워낙 가벼워서 같은 무게의 실리콘 기반 태양전지 대비 400배의 에너지 생산이 가능합니다.

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 연구팀은 유기물 태양전지(organic solar cell) 방식의 초박막 태양전지를 연구했습니다. 이들은 약한 유기물 태양전지를 보호하는 박막으로 플라스틱인 파릴렌(parylene)을 선택했습니다. 그리고 DBP라는 물질을 태양광을 흡수하는 층의 용도로 사용했습니다. 유기 태양전지층은 증기 침착 기술 ( vapor deposition techniques)을 이용해서 기존 태양전지 두께의 1/1000로 만들 수 있습니다.  

 파릴렌은 현재도 의료기기나 혹은 전자 회로를 보호할 목적으로 코팅되는 물질로 아주 얇게 만들 수 있습니다. 따라서 전체 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 연구팀에 의하면 두께가 80nm까지 얇아질 수 있다고 하네요. 그 결과 이 박막 태양 전지는 사진처럼 비누 거품 위에도 뜰 수가 있습니다. 물론 플렉서블한 특징도 가지고 있습니다.

 연구팀에 의하면 유리로된 커버를 지닌 기존의 태양전지 패널이 1kg 당 15W의 전력을 생산한다면 이 박막 전지는 1g 당 6W의 전력을 생산한다고 합니다. 그리고 매우 얇기 때문에 풍선이나 비행선, 비행기의 날개에 무리를 주지 않고 설치하기에 적합합니다. 심지어 의류나 천에 부착할수도 있을 것입니다.

 물론 상용화까지는 많은 단계가 남아 있지만, 기술적으로는 이미 사용되는 재료와 기술을 사용하므로 상용화가 크게 어렵지는 않을 것이라는 게 연구팀의 생각입니다.

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 최근 경량 플렉서블 태양전지가 하나씩 선보이고 있는데, 과연 종이는 물론 그보다 더 가벼운 태양전지가 실제로 나올 수 있을지 궁금하네요.

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 참고

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  Joel Jean et al. In situ vapor-deposited parylene substrates for ultra-thin, lightweight organic solar cells, Organic Electronics (2016). DOI: 10.1016/j.orgel.2016.01.022                                        

  http://phys.org/news/2016-02-ultrathin-flexible-photovoltaic-cells.html#jCp