(MIT researchers have developed a scalable fabrication technique to produce ultrathin, lightweight solar cells that can be stuck onto any surface. Credit: Melanie Gonick, MIT)
현재 태양 전지의 대세는 실리콘 소재로 만들어져 있는데, 매우 취약한 구조를 지니고 있어 단단한 유리와 알루미늄 케이스가 필요합니다. 따라서 두께와 무게가 상당히 증가해 적용할 수 있는 범위가 좁다는 단점이 있습니다. 비행기 날개 표면이나 차량 지붕, 텐트 등 여러 표면에 붙일 수 있는 플렉서블 막박 태양 전지는 많은 연구가 진행되었지만, 여러 가지 단점으로 인해 널리 사용되지는 못하고 있습니다.
MIT의 유기물 나노구조 전자기기 연구소 Organic and Nanostructured Electronics Laboratory (ONE Lab)의 과학자들은 박막 유기물 태양 전지의 한계를 극복할 수 있는 새로운 초막박 태양 전지를 개발했습니다.
연구팀이 개발한 박막 태양 전지는 3마이크로미터 두께의 얇은 탄소 기반 유기물을 잉크젯 프린터처럼 출력해서 만들어집니다. 플라스틱 기질 위에 출력된 태양 전지의 두께는 모두 15마이크로미터에 불과합니다. 하지만 이렇게 얇은 박막 태양 전지는 매우 약해서 역시 다른 보호막이 필요하다는 문제점이 있었습니다.
연구팀은 매우 가볍고 튼튼한 대체 소재로 로프 등을 만드는 데 쓰이는 고강도 섬유인 디에마 (Dyneema)에 주목했습니다. 디에마로 만든 천 위에 부착한 박막 태양 전지는 매우 튼튼해 건물 지붕 위는 물론이고 텐트나 다른 구조물의 표면에도 부착할 수 있습니다.
(동영상)
디에마 천에 부착한 박막 태양 전지는 kg 당 370W의 전력을 생산할 수 있는데, 이는 기존의 실리콘 기반 태양 전지의 18배에 달하는 수준입니다. 500번 돌돌 말았다가 펼쳐도 90%의 효율을 유지하기 때문에 범선의 돛 같이 기존의 태양광 전지를 설치하기 힘들었던 부분에도 설치가 가능합니다. 만약 건물 지붕에 설치하는 경우 무게가 20kg 정도에 불과해 건물에 부담을 주지 않으면서 옥상이나 벽면에 벽지 바르듯 설치가 가능합니다.
다만 이런 기술적 혁신은 비용과 대량 생산이라는 최종 관문을 넘지 못하면 의미가 없습니다. 물론 수십 년간 다양한 환경에서 성능을 보장하는 내구성도 중요합니다. 많은 박막 태양 전지 기술이 경쟁적으로 시도되는 만큼 언젠가는 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 날이 오기를 기대합니다.
참고
https://techxplore.com/news/2022-12-paper-thin-solar-cell-surface-power.html
Mayuran Saravanapavanantham et al, Printed Organic Photovoltaic Modules on Transferable Ultra‐thin Substrates as Additive Power Sources, Small Methods (2022). DOI: 10.1002/smtd.202200940
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