출처 ☞ http://itview.joins.com/article/itview/article.asp?total_id=4462763
식물 엽록체처럼 햇빛 흠뻑 흡수하는 고성능 태양전지 ‘꿈의 기술’개발
식물의 엽록체는 태양 빛을 가장 잘 흡수하는 자연물이다.
열심히 받아들인 햇빛을 생명 에너지로 바꾸는 자연계 최대 신비의 하나다.
이런 엽록체의 구조를 모방해 그 기능까지 빼닮은 고능성 태양전지가 개발됐다. 한국인 과학자들이 주도한 한국·미국·일본·브라질 다국적 공동 연구팀에 의해서다. 주 저자는 미 MIT대학 포스닥(박사 후) 과정에 있는 한재희 박사다. 경원대 에너지생명공학부 김우재 교수도 핵심 역할을 했다. 연구 성과는 영국 학술지 네이처 머티리얼스 12일자에 발표됐다.
태양전지에 태양광이 쏟아진다고 다 흡수되는 건 아니다. 상당 부분은 표면에서 반사된다. 나머지는 다 태양전지 속으로 들어가느냐면 그렇지 못하다. 일부는 전기를 만들지 못하고 사라진다. 가장 효율이 좋은 실리콘 태양전지도 20~30%의 빛만 흡수해 전기를 만든다. 태양광 효율이 낮다고 하는 연유다. 그런데 ‘엽록체 태양전지’의 태양광 흡수율은 최대 93%에 달한다고 한다. ‘꿈의 기술’이라 해도 과언이 아니다.
원리는 이렇다. 엽록체 안에 들어 있는 엽록소·카로티노이드·보조색소 등이 각각 다른 색의 빛을 흡수함으로써 태양광을 좀더 많이 흡수한다는 데 착안했다. 태양전지도 이런 원리로 여러 빛을 받아들일 수 있도록 하자는 것이다. 엽록체 안의 각종 색소에 해당하는 역할을 할 수 있는 재료로, 연구팀은 고성능 신소재인 탄소나노튜브를 사용했다.
탄소나노튜브는 눈에 보이지도 않을 정도로 작으며, 그물망 같은 모양을 원통형으로 말아 놓은 구조다. 빛을 흡수하면 전기를 생산하는 반도체에 비유할 수 있다. 기존 실리콘 태양전지의 기능과 비슷하다.
탄소나노 튜브는 크기에 따라 각기 다른 빛을 흡수한다. 작은 크기는 자외선을, 중간 크기는 가시광선을, 큰 것은 근적외선을 흡수하도록 태양전지 표면에서부터 내부로 차례차례 배열했다. 즉, 가느다란 안테나 구조인 태양전지의 맨 바깥 층은 자외선을, 중간층은 가시광선을, 중심부는 적외선을 흡수하도록 했다. 각 층에서 만들어진 전기는 중심부로 전달된다. 깔때기처럼 안쪽으로 모이게 만들었다. 깨알보다 작은 태양전지 하나에는 1나노(10억분의 1m) 크기의 탄소나노튜브 30만 개가 들어가 있다. 이런 태양전지를 넓은 판에 펼쳐 놓으면 태양전지 패널이 된다.
김우재 교수는 “태양전지의 크기를 기존 제품보다 100분의 1만큼 작게 만들 수 있다”며 “이는 태양에너지 집적도를 100배 이상 높일 수 있다는 이야기”라고 말했다. 이 기술은 이르면 5년 뒤께 상용화할 수 있을 것으로 기대된다. 이렇게 되면 태양전지 분야에 혁신이 일어나게 된다. 태양전지가 더 소형화돼 각종 휴대용 전자기기에 고성능 태양전지를 붙일 수 있게 된다.
태양전지를 연구하는 과학자들은 이런 고효율 태양전지 설계에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 탄소나노튜브의 값을 더 낮추는 것이 관건인데 이미 해마다 큰 폭으로 떨어지고 있다. 몇 년 뒤에는 실리콘보다 더 싸질 가능성이 있다. 그렇게 되면 새로운 태양전지의 상용화가 더욱 촉진될 전망이다.
박방주 과학전문기자
식물의 엽록체는 태양 빛을 가장 잘 흡수하는 자연물이다.
이런 엽록체의 구조를 모방해 그 기능까지 빼닮은 고능성 태양전지가 개발됐다. 한국인 과학자들이 주도한 한국·미국·일본·브라질 다국적 공동 연구팀에 의해서다. 주 저자는 미 MIT대학 포스닥(박사 후) 과정에 있는 한재희 박사다. 경원대 에너지생명공학부 김우재 교수도 핵심 역할을 했다. 연구 성과는 영국 학술지 네이처 머티리얼스 12일자에 발표됐다.
태양전지에 태양광이 쏟아진다고 다 흡수되는 건 아니다. 상당 부분은 표면에서 반사된다. 나머지는 다 태양전지 속으로 들어가느냐면 그렇지 못하다. 일부는 전기를 만들지 못하고 사라진다. 가장 효율이 좋은 실리콘 태양전지도 20~30%의 빛만 흡수해 전기를 만든다. 태양광 효율이 낮다고 하는 연유다. 그런데 ‘엽록체 태양전지’의 태양광 흡수율은 최대 93%에 달한다고 한다. ‘꿈의 기술’이라 해도 과언이 아니다.
원리는 이렇다. 엽록체 안에 들어 있는 엽록소·카로티노이드·보조색소 등이 각각 다른 색의 빛을 흡수함으로써 태양광을 좀더 많이 흡수한다는 데 착안했다. 태양전지도 이런 원리로 여러 빛을 받아들일 수 있도록 하자는 것이다. 엽록체 안의 각종 색소에 해당하는 역할을 할 수 있는 재료로, 연구팀은 고성능 신소재인 탄소나노튜브를 사용했다.
탄소나노튜브는 눈에 보이지도 않을 정도로 작으며, 그물망 같은 모양을 원통형으로 말아 놓은 구조다. 빛을 흡수하면 전기를 생산하는 반도체에 비유할 수 있다. 기존 실리콘 태양전지의 기능과 비슷하다.
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김우재 교수는 “태양전지의 크기를 기존 제품보다 100분의 1만큼 작게 만들 수 있다”며 “이는 태양에너지 집적도를 100배 이상 높일 수 있다는 이야기”라고 말했다. 이 기술은 이르면 5년 뒤께 상용화할 수 있을 것으로 기대된다. 이렇게 되면 태양전지 분야에 혁신이 일어나게 된다. 태양전지가 더 소형화돼 각종 휴대용 전자기기에 고성능 태양전지를 붙일 수 있게 된다.
태양전지를 연구하는 과학자들은 이런 고효율 태양전지 설계에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 탄소나노튜브의 값을 더 낮추는 것이 관건인데 이미 해마다 큰 폭으로 떨어지고 있다. 몇 년 뒤에는 실리콘보다 더 싸질 가능성이 있다. 그렇게 되면 새로운 태양전지의 상용화가 더욱 촉진될 전망이다.
박방주 과학전문기자
DBJ 
DBJ 
081 
575 파리모터쇼 신차들 전기차 맞아?
6분 충전...600 km 주행...와우!!!
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