밤에도 작동하는 태양 전지 패널
KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-01-06
최근 유연한 재료(flexible materials)에 각인되고, 해가 진 후에도 에너지를 생성할 수 있는 저렴한 태양 에너지 기술이 개발되었다. 본 방법은 플라스틱 시트에 전도성 금속인 작은 사각형 나선 혹은 “나노안테나(nanoantennas)”를 각인하는 특별한 공정을 이용한다. 이때 각각의 나노안테나는 가용 에너지를 최대 80%까지 흡수하는데, 현재 20% 수준의 상용되는 태양 패널과 현격히 비교되는 수치이며(GTB2007060002), 최근 개발된 나노박편 구조에서 발생하는 30% 변환율보다 우수한 값이다(GTB2007120483).

서로 깍지를 낀 나선형 나노안테나는 인간 모발 직경의 1/25이며, 작은 크기로 인해 나노안테나는 광 스펙트럼의 적외선(infrared) 영역의 에너지를 흡수한다. 태양은 다수의 적외선 에너지를 방출하는데, 이 중 몇몇은 지구로 흡수되며, 나머지들은 석양이 진 후 몇 시간에 걸쳐 방출되기 때문에 나노안테나는 태양광 및 지구열로부터 에너지를 취할 수 있으며, 기존 태양 전지보다 높은 효율성을 갖는다. 본 기술은 나노테크놀로지 연구의 활성화로 인해 가능했지만, 원자 수준의 나선형 구조체를 각인하는 효율적인 방법의 개발에는 많은 시간이 소요되었다. 안테나는 언젠가 호일 혹은 비닐 랩처럼 생산될 수도 있을 것이다.

실리콘으로 제조되고, 효율성을 증가시키기 위해 첨가제가 이용되는 현재의 태양 패널의 대안으로서 나노안테나는 효율성과 내구성이 우수하다. 반면 나노안테나 회로는 상이한 다수의 전도성 금속으로 제조될 수 있으며, 나노안테나는 폴리에틸렌처럼 박막의 유연한 재료에도 인쇄될 수 있다. 연구진의 주된 관심사는 일반적인 재료와 신속한 제조공정을 통해 나노안테나 구조를 저렴하게 제작하는 것이다(GTB2007110158). 나노안테나는 휴대용 배터리 충전기, 가정의 지붕, 심지어 폴리에스터 직물에도 결합될 수 있다.

기술의 잠재성은 우수하지만, 모든 문제가 해결된 상황은 아니다. 나노안테나는 제조하기 간단한 반면에, 전기를 저장하거나 전송하는 방법의 개발은 여전히 해결해야 할 과제이다. 적외선은 나노안테나에 교류를 형성하긴 하지만, 주파수가 너무나 빠르게 스위칭되기 때문에 이의 개선이 요구된다. 아직은 풀어야 할 숙제가 많이 있지만, 차세대 태양 에너지 수집기 재료로서 가능성은 충분하다.

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