태양광발전은 친환경적이라는 장점이 있지만 발전을 위해 넓은 패널을 둘 공간이 필요하고 이 패널이 외관상으로도 아름답지 않다는 단점이 있다.

하지만 최근 이런 단점들을 보완하는 태양전지들이 개발되어 화제다. 마치 성당의 스테인드글라스처럼 태양전지 그 자체로 예쁜 인테리어가 되거나 접어서 주머니에 넣을 수 있을 만큼 유연해진 태양전지가 만들어지기도 한 것. 다양한 모양새로 발전해 가는 태양전지들을 만나본다.


태양광발전 패널을 지붕에 설치한 일본의 주택들. 동아일보 자료사진​

무지갯빛 태양전지

오래된 성당에 가면 알록달록 멋진 스테인드글라스 그림이 눈길을 사로잡는다. 이제 태양전지를 이용해서도 마치 성당에서 본 스테인드글라스 그림처럼 고풍스럽게 건물의 외관을 꾸미게 될 수 있을 것으로 보인다.

UNIST(유니스트·울산과학기술원) 에너지화학공학부의 장성연 교수팀과 국민대학교 응용화학부 도영락 교수팀은 지난달 공동으로 건축물 외벽에 부착이 가능한 ‘풀컬러 페로브스카이트 태양전지’를 개발했다. 이는 태양전지의 효율은 유지하면서도 다양한 색상을 구현할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

태양전지는 대부분 태양광 파장 중 가시광선(눈에 보이는 광선)을 흡수해 빛에너지를 전기에너지로 바꿔 발전한다. 우리가 보는 사물의 색상은 그 사물이 ‘반사’하는 가시광선에 의해 결정된다. 만약 태양전지에 색상을 입히면 가시광선 일부를 반사하게 되므로 태양전지가 흡수할 수 있는 파장대가 줄어든다. 결과적으로 기존 태양전지에 색상을 입히면 효율이 낮아지는 것.

공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 빛 반사를 최소화한 ‘나노 필터’를 활용했다. 이렇게 하면 반사되어서 잃어버리는 에너지를 최소화하고 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있는 것.

장 교수는 “이번에 개발된 다양한 색상의 태양전지는 매우 선명한 색깔을 구현하면서도 효율과 안정성이 높다”며 “건축물 외벽에 적용할 경우 미적 감각을 살리면서 에너지를 생산할 수 있어 향후 건축 분야에서 활발히 활용될 것”이라고 말했다.​

‘풀컬러 페로브스카이트 태양전지’. UNIST 제공​

여러 번 접어도 끄떡없어요!


실리콘 계열 고분자를 활용해 만든 유기 태양전지​

태양전지는 태양광을 받아 전력을 생산하므로 넓은 태양광 패널을 설치할 공터나 옥상이 필요하다. 하지만 UNIST 양창덕, 박혜성 에너지 및 화학공학부 교수팀이 최근 개발한 유기 태양전지를 이용한다면 이제 넓은 공간을 할애하지 않고도 태양광 전력 생산이 가능할 것으로 보인다.

이 유기 태양전지는 고무처럼 늘어나는 실리콘 계열 고분자를 활용해 만들어 100번을 접어도 망가지지 않고 끄떡없는 것이 특징이다.

기존에 발표된 유기 태양전지의 경우 태양빛을 직접 흡수해 전류를 만드는 ‘광활성층’과 기판이 되는 ‘ITO(인듐 주석 산화물) 투명전극’이 접는 것과 같은 자극을 받으면 쉽게 깨지고 효율이 떨어진다는 단점이 있었다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 딱딱한 광활성층에는 첨가제를 넣어 유연하게 만들고, ITO 기판은 다른 유연한 물질로 대체해 여러 번 접었다 펴도 안정적으로 작동하는 태양전지를 개발한 것. 이는 접어서 휴대하는 태양전지나 각종 웨어러블 전자기기의 전원용 태양전지에 활용될 수 있을 것으로 보인다.​

▶어린이동아 이지현 기자 easy27@donga.com

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