반투명 유기 태양 전지를 이용한 식물 재배 온실

(A model greenhouse containing a roof made of semi-transparent organic solar cells. Credit: Yang Yang Laboratory/UCLA)

태양광 발전은 많은 면적을 필요로 합니다. 물론 토지 역시 유한한 자원임을 생각할 때 좀 더 효율적으로 사용할 필요가 있습니다. 예를 들어 주택이나 건물 옥상에 태양광 패널을 설치하는 경우가 그런 사례입니다.

여기에 더해 태양광 발전 부지를 효율적으로 활용하기 위한 노력이 바로 반투명 혹은 투명 태양광 필름을 이용한 온실입니다. 태양광 발전에 사용하는 파장과 식물이 광합성을 하는데 사용하는 파장이 서로 다르기 때문에 가능한 일입니다.

UCLA의 과학자들은 박막 반투명 유기 태양 전지를 이용한 온실에 도전했습니다. 그러나 유기물 기반의 태양 전지는 태양광에 의해 쉽게 분해되고 산화되어 수명이 짧다는 문제가 있습니다. 연구팀은 L-glutathione를 포함한 보호층을 하나 더 추가해 유기 태양 전지를 보호했습니다.

실제 야외에서 온실을 만들고 테스트한 결과 연구팀은 예상 이상의 성과를 얻을 수 있었습니다. 태양광 온실에서 키운 식물이 오히려 일반 온실에서 키운 것보다 더 잘 자랐던 것입니다. 아마도 식물에 해로울 수 있는 자외선은 차단하고 광합성에 필요한 적외선 파장만 통과시킨 것이 원인으로 생각됩니다.

이 유기 태양 전지의 에너지 전환 효율은 13.5% 정도인데, L-글루타치온 층을 추가한 덕분에 1000시간 정도 사용한 후에도 본래 효율의 84%를 유지했습니다.

유기 태양 전지는 현재의 실리콘 기반 태양 전지 대비 수명이 짧다는 것이 단점이지만, 앞으로 연구를 통해 가격은 낮추고 수명은 늘린다면 태양광 온실이 실험 단계를 넘어 상용화 될 수 있을 것입니다.

참고

https://newatlas.com/environment/transparent-solar-cells-greenhouse-plants/

https://www.nature.com/articles/s41893-023-01071-2

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