첨단 태양광 패널로 더 많은 에너지 추출하는 길 열려?

황원희 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2020-10-13 15:33:47
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[환경미디어= 황원희 기자] 태양전지판 효율을 극대화하기 위해 연구진은 기존 실리콘 위에 첨단 물질을 레이어링하는 일이 햇빛으로터 실리콘 위에 더욱 많은 에너지를 얻는 데 도움이 된다는 사실을 알아냈다. 새로운 연구에 따르면 연구진이 기존 실리콘 패널보다 1.5배 더 효율적일 수 있는 다층 태양 전지판을 생산할 수 있다는 것을 보여준다. 

 

▲태양광 패널 실리콘 기판위에 첨단물질을 덧대면 에너지 효율을 극대화시킨다

이 연구는 일리노이 대학 어바나 샴페인 엔지니어팀에 의해 셀 리포트 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Sciences)지에 게재됐다.

 

연구진에 의하면 실리콘 태양열 패널은 가격이 저렴하고 태양빛의 20% 이상을 사용가능한 전력으로 변환할 수 있어 널리 보급돼 있다고 한다. 다만 실리콘 컴퓨터 칩처럼 실리콘 태양전지가 능력의 한계에 다다르고 있어 효율을 높일 수 있는 새로운 방법을 찾는 일이 중차대한 일로 떠오르고 있다고 한다.

 

연구진은 두 물질이 서로 보완되기 때문에 반도체 물질 갈륨 비소화 인산염을 실리콘에 부착하기 위해 노력해왔다. 이 두 물질은 모두 가시광선을 강하게 흡수하지만 갈륨 비소화인산염은 폐열을 적게 발생시킨다. 이와는 대조적으로 실리콘은 태양 스펙트럼의 적외선 부분에서 에너지를 우리의 눈으로 볼 수 있는 가시광선 외에서 변환하는 데 탁월하다

 

갈륨 비소화인산염과 같은 다른 반도체 재료는 효율적이고 안정적이지만, 가격이 비싸기 때문에, 이를 통해 완전히 구성된 패널을 만드는 일은 현재 대량 생산체제에서 적합하지 않다. 따라서 연구진은 저가의 실리콘을 이용할 것을 먼저 생각했다.

 

제작 과정에서 물질적 결함은 특히 실리콘과 갈륨 비소 인산염 사이의 경계 층에서 발견된다. 작은 결함은 서로 다른 원자 구조를 가진 물질들이 실리콘 위에 층층이 쌓일 때마다 형성되어 성능과 신뢰성을 모두 손상시킨다.

 

다른 물질로 전환할 때마다 전환 과정에서 어떤 무질서가 생길 위험이 항상 있기에 갈륨 비소인산세포에 자연 그대로의 인터페이스를 형성하는 공정을 개발해 효율성을 극대화했다.

 

결국 전력회사가 이 기술을 활용함으로써 태양광 발전소와 같은 면적에서 1.5배 이상의 에너지를 얻거나, 소비자가 옥상 패널 면적을 1.5배 정도 적게 사용할 수 있게 됐다.

 

하지만 이 기술을 상용화하기에는 장애물이 존재한다. 연구진은 에너지 공급자와 소비자가 안정적인 소재를 사용해 성능 향상을 이룰 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 

 

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