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화석에너지 고갈과 환경오염 문제 등을 해결 할 수 있는 최고의 대체 에너지원은 태양이다. 핵융합반응과 함께 사방으로 뿜어져 나가는 태양에너지는 지구에 도달하는 극미한 양 만으로도 인류에게 엄청난 에너지가 된다. 게다가 얼마든지 이용 가능하며 오염물질 또한 배출하지 않는다.
이 때문에 태양 에너지는 이미 오래 전부터 최고의 대체에너지로 손꼽혀 왔으며 해당 과학기술은 점점 발달해 그 효율은 계속해서 향상되고 있다. 특히 태양전지는 더욱 진화를 계속하고 있다.
최근에는 박막기술을 활용하고 있다. 박막기술은 단원자 층으로부터 수 마이크로미터의 두께를 가진 막의 처리기술로 태양전지분야 외에 반도체나 디스플레이 등 많은 분야에 이용되고 있다. 이는 휴대성과 편의성을 원하는 현대인의 욕구를 충족시켜 줄 수 있는 기술로 응용분야가 매우 다양하기 때문에 계속 발전하고 있다. 작년 노벨 물리학상의 주역인 ‘그래핀’또한 이 박막기술을 이용해 만든 물질이다.
싸고 유용한 박막 태양전지
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박막 기술 중에서도 가장 활발하게 연구되고 있는 것이 바로 박막 태양전지다. 박막 태양전지는 특히 비용과 편의성에 강점을 보인다.
기존 실리콘 기반의 태양전지를 제조할 땐 약 1천500℃이상의 온도가 필요하다. 그러나 박막 태양전지는 200~600℃정도의 온도면 충분하며 원자재비용도 적게 든다. 게다가 박막 태양전지는 증착기법을 이용해 어떤 장소에도 설치가 가능하며 형태 또한 자유롭게 만들 수가 있다. 휘어지는 것은 물론, 접힌 상태에서도 제 기능을 해낼 수 있다.
최근 MIT의 연구원들은 프린팅기술을 통해 일반 화장지 위에 태양전지를 설치한 모습을 공개했다. 이들이 사용한 기술은 산화 화학 기상 증착법(oCVD)라 불리는 새로운 기술이다. 단분자의 증기와 산화제를 기판 상에 뿌리면 단분자와 산화제는 전도성 고분자 플라스틱으로부터 폴리머화 된다. 폴리머화는 분자가 기본단위의 반복으로 중합돼 화합물을 이루는 것을 의미한다. 이로써 매우 얇은 표면임에도 불구하고 태양전지의 기능을 수행해 낼 수 있는 것이다.
연구진은 이렇게 프린팅된 태양전지가 늘림과 휨 효과를 얼마나 견딜 수 있는지 보여주기 위해 5mm미만의 직경 플라스틱 기판을 구부린 채 효율을 측정했다. 그 결과 기존의 99% 효율을 보이며 거의 손실이 미미하다는 점을 증명했다. 박막 태양전지는 심지어 종이비행기가 되어서도 여전히 전류가 흐르는 모습을 보였다.
커튼, 의복 등에도 부착해 이용가능
물론 종이나 휴지 위에 이렇게 태양전지를 설치하는 것은 매우 효율이 떨어진다. 실리콘이나 유리처럼 투명하지 않아 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 광전변환공학에 매우 불리하기 때문이다. 다만 연구진은 이와 같은 실험을 통해 박막태양전지의 이용 범위가 얼마나 광범위하며 유용하게 사용될 수 있는지에 대해 알리기 위해 이와 같은 실험을 해 보인 것이다.
이 높은 응용력은 우리 삶에 많은 편의를 제공할 것은 물론 에너지절약 면에서도 뛰어난 모습을 보일 것으로 기대된다. 실제로 국내의 태양광 장비 전문업체인 주성엔지니어링은 국내 최초로 건물 창문에 박막형 모듈을 부착한 빌딩을 완공했다고 지난 1월 13일 밝혔다. 이는 특별히 태양광 패널을 건물 외벽에 장착하지 않아도 태양에너지를 이용할 수 있게 하며 수많은 창문에 태양전지를 부착시킴으로써 뛰어난 효율성도 가지고 있다.
이 외에도 박막 태양전지는 커튼이나 옷 등에 적용돼 매우 다양하게 이용될 수 있다. 눈이 부셔 커튼을 치거나 옷을 입고 외출하는 것만으로 에너지를 생산할 수 있게 되는 것. 여기서 얻는 에너지의 양은 크지 않지만 다른 기술과 융합해 이용된다면 충분히 높은 성능을 보일 것으로 기대된다. 특히 또 다른 박막기술인 박막 디스플레이가 함께 커튼이나 옷에 적용이 된다면 특별하게 전기를 공급해주지 않아도 될 수준에 이를 것으로 전문가들은 예상하고 있다.
이와 같은 기술이 상용화 되면 밋밋한 커튼에 생기를 주는 아름다운 영상을 구현할 수도 있으며 항시 몸 상태를 체크해 보여주는 옷을 입게 될 수도 있다.
낮은 효율 문제, 여전히 가능성은 있어
하지만 박막태양전지를 시장에 내놓기엔 아직 문제가 있다. 유용하고 활용도가 높은 것은 맞지만 정작 가장 중요한 기능인 에너지 생산에서 취약한 모습을 보이기 때문이다. 일반적인 실리콘 태양전지의 효율이 20%를 넘어가는 데에 비해 박막 태양전지는 이의 절반에도 못 미치는 것이 대부분이며 박막태양전지 중에서도 가장 효율이 높은 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀레늄)방식의 태양전지가 약 13%의 효율을 가지고 있다.
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하지만 포기하긴 이르다. 최신 기술이 발달하면서 이를 극복할 가능성도 많다. 식물의 광합성과 비슷한 원리로 작동하는 염료감응 태양전지나 유기폴리머와 같은 유기물 태양전지는 아직 효율은 낮지만 투명하고 색깔과 무늬를 넣을 수 있는 등의 장점이 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있다.
이것 또한 박막기술을 이용, 얇은 필름의 형태로 이용될 수 있다. 이를 통해 미래 건물은 외벽과 창문 등은 물론 내부의 크고 작은 물건들에도 태양전지를 부착해 자체적으로 에너지를 생산할 수 있을 것으로 전망된다.
이 때문에 태양 에너지는 이미 오래 전부터 최고의 대체에너지로 손꼽혀 왔으며 해당 과학기술은 점점 발달해 그 효율은 계속해서 향상되고 있다. 특히 태양전지는 더욱 진화를 계속하고 있다.
최근에는 박막기술을 활용하고 있다. 박막기술은 단원자 층으로부터 수 마이크로미터의 두께를 가진 막의 처리기술로 태양전지분야 외에 반도체나 디스플레이 등 많은 분야에 이용되고 있다. 이는 휴대성과 편의성을 원하는 현대인의 욕구를 충족시켜 줄 수 있는 기술로 응용분야가 매우 다양하기 때문에 계속 발전하고 있다. 작년 노벨 물리학상의 주역인 ‘그래핀’또한 이 박막기술을 이용해 만든 물질이다.
싸고 유용한 박막 태양전지
박막 기술 중에서도 가장 활발하게 연구되고 있는 것이 바로 박막 태양전지다. 박막 태양전지는 특히 비용과 편의성에 강점을 보인다. 기존 실리콘 기반의 태양전지를 제조할 땐 약 1천500℃이상의 온도가 필요하다. 그러나 박막 태양전지는 200~600℃정도의 온도면 충분하며 원자재비용도 적게 든다. 게다가 박막 태양전지는 증착기법을 이용해 어떤 장소에도 설치가 가능하며 형태 또한 자유롭게 만들 수가 있다. 휘어지는 것은 물론, 접힌 상태에서도 제 기능을 해낼 수 있다.
최근 MIT의 연구원들은 프린팅기술을 통해 일반 화장지 위에 태양전지를 설치한 모습을 공개했다. 이들이 사용한 기술은 산화 화학 기상 증착법(oCVD)라 불리는 새로운 기술이다. 단분자의 증기와 산화제를 기판 상에 뿌리면 단분자와 산화제는 전도성 고분자 플라스틱으로부터 폴리머화 된다. 폴리머화는 분자가 기본단위의 반복으로 중합돼 화합물을 이루는 것을 의미한다. 이로써 매우 얇은 표면임에도 불구하고 태양전지의 기능을 수행해 낼 수 있는 것이다.
연구진은 이렇게 프린팅된 태양전지가 늘림과 휨 효과를 얼마나 견딜 수 있는지 보여주기 위해 5mm미만의 직경 플라스틱 기판을 구부린 채 효율을 측정했다. 그 결과 기존의 99% 효율을 보이며 거의 손실이 미미하다는 점을 증명했다. 박막 태양전지는 심지어 종이비행기가 되어서도 여전히 전류가 흐르는 모습을 보였다.
커튼, 의복 등에도 부착해 이용가능
물론 종이나 휴지 위에 이렇게 태양전지를 설치하는 것은 매우 효율이 떨어진다. 실리콘이나 유리처럼 투명하지 않아 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 광전변환공학에 매우 불리하기 때문이다. 다만 연구진은 이와 같은 실험을 통해 박막태양전지의 이용 범위가 얼마나 광범위하며 유용하게 사용될 수 있는지에 대해 알리기 위해 이와 같은 실험을 해 보인 것이다.
이 높은 응용력은 우리 삶에 많은 편의를 제공할 것은 물론 에너지절약 면에서도 뛰어난 모습을 보일 것으로 기대된다. 실제로 국내의 태양광 장비 전문업체인 주성엔지니어링은 국내 최초로 건물 창문에 박막형 모듈을 부착한 빌딩을 완공했다고 지난 1월 13일 밝혔다. 이는 특별히 태양광 패널을 건물 외벽에 장착하지 않아도 태양에너지를 이용할 수 있게 하며 수많은 창문에 태양전지를 부착시킴으로써 뛰어난 효율성도 가지고 있다.
이 외에도 박막 태양전지는 커튼이나 옷 등에 적용돼 매우 다양하게 이용될 수 있다. 눈이 부셔 커튼을 치거나 옷을 입고 외출하는 것만으로 에너지를 생산할 수 있게 되는 것. 여기서 얻는 에너지의 양은 크지 않지만 다른 기술과 융합해 이용된다면 충분히 높은 성능을 보일 것으로 기대된다. 특히 또 다른 박막기술인 박막 디스플레이가 함께 커튼이나 옷에 적용이 된다면 특별하게 전기를 공급해주지 않아도 될 수준에 이를 것으로 전문가들은 예상하고 있다.
이와 같은 기술이 상용화 되면 밋밋한 커튼에 생기를 주는 아름다운 영상을 구현할 수도 있으며 항시 몸 상태를 체크해 보여주는 옷을 입게 될 수도 있다.
낮은 효율 문제, 여전히 가능성은 있어
하지만 박막태양전지를 시장에 내놓기엔 아직 문제가 있다. 유용하고 활용도가 높은 것은 맞지만 정작 가장 중요한 기능인 에너지 생산에서 취약한 모습을 보이기 때문이다. 일반적인 실리콘 태양전지의 효율이 20%를 넘어가는 데에 비해 박막 태양전지는 이의 절반에도 못 미치는 것이 대부분이며 박막태양전지 중에서도 가장 효율이 높은 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀레늄)방식의 태양전지가 약 13%의 효율을 가지고 있다.
하지만 포기하긴 이르다. 최신 기술이 발달하면서 이를 극복할 가능성도 많다. 식물의 광합성과 비슷한 원리로 작동하는 염료감응 태양전지나 유기폴리머와 같은 유기물 태양전지는 아직 효율은 낮지만 투명하고 색깔과 무늬를 넣을 수 있는 등의 장점이 있어 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 이것 또한 박막기술을 이용, 얇은 필름의 형태로 이용될 수 있다. 이를 통해 미래 건물은 외벽과 창문 등은 물론 내부의 크고 작은 물건들에도 태양전지를 부착해 자체적으로 에너지를 생산할 수 있을 것으로 전망된다.
- 조재형 객원기자
- alphard15@nate.com
- 저작권자 2011-02-07 ⓒ ScienceTimes
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