MIT가 선정한 2013년 10대 유망 기술 : 광학기술과 융합한 고효율의 태양광 발전 기술

본 기사는 MIT Technology Review에서 소개한 '2013년 현재 인류가 당면한 여러가지 문제점들을 해결할 수 있는 10가지 기술' 중 하나인 Ultra-Efficient Solar Power에 대한 번역글 입니다. 원문을 보실려면 출처의 주소로 가시면 됩니다.

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사진 출처: MIT Technology Review

캘리포니아 공대의 Harry Atwater교수의 팀은 현재 상용화된 태양광패널 비교하여 두 배 이상 고효율로  전기를 생산할 수 있는 기기를 만들 수 있다고 밝혔습니다. 캘리포니아 공대의 재료 과학, 응용물리학부의 교수진들은 빛을 아주 세밀하게 조절할 수 있는 기술의 진보 덕분에 그것이 가능하다고 말합니다.

 

현재 상용화된 태양광패널은 하나의 반도체 물질로 구성되어 있습니다. 대부분은 실리콘입니다. 이 물질은 좁은 범위의 태양스펙트럼(solar spectrum)만을 흡수합니다. 그래서 결국 많은 양의 태양에너지가 열로서 손실됩니다.

 

일반적으로 현재의 태양광패널은 20% 이하의 태양에너지를 전기로 전환합니다. 그러나 Atwater팀의 태양광패널은 최소한 50%의 효율을 보일 것으로 예상됩니다. 이 패널은 프리즘처럼 입사하는 태양빛을 6~8개의 파장으로 쪼갤 수 있도록 설계되었습니다. 각각의 파장에서 빛은 각각 다른 색깔을 나타냅니다. 각각의 색깔은 태양전지 안으로 분산되고 이어 반도체가 이 빛을 흡수합니다.

 

<사진 출처: MIT Technology Review>

 

Atwater의 팀은 세 가지 디자인을 고려하고 있습니다. 위 그림(그림을 좀 더 자세히 보시려면 출처를 참고해주세요)을 통해 표현된 기술이 바로 그 중 하나입니다. 태양빛은 반사금속(reflective metal)에 의해서 모아집니다. 이 빛은 투명한 절연체로 만들어진 구조 안으로 일정한 각도로 들어가게 됩니다. 투명한 구조의 바깥 쪽은 다양한 태양전지들로 코팅되어있습니다. 각각의 태양전지들은 파장에 따라서 6~8개의 다른 반도체들로 만들어졌습니다. 일단 태양빛이 들어오면 각각의 얇은 광필터들(optical filters)을 만나게 되고, 필터들은 특정 색깔의 빛을 셀(특정 파장의 빛을 흡수하는)에 투과시킵니다. 그리고 흡수되지 않고 남겨진 색깔의 빛은 다른 필터로 계속 반사됩니다.

 

또 다른 디자인은 나노크기의 광필터들의 적용입니다. 나노크기의 필터들은 모든 각도에서 오는 빛을 모두 걸러낼 수 있습니다. 세 번째로는 필터를 사용하지 않고 홀로그램(hologram)을 사용하여 빛을 쪼개는 방법이 있습니다. 디자인은 모두 달라도 기본적인 원리는 모두 같습니다. 기본적인 태양광 셀에 태양빛이 가지고 있는 넓은 범위의 파장을 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 광학 기술을 융합함으로 해서 버려지는 에너지를 줄이는 것입니다.

 

Atwater에 따르면 이 디자인들은 아직 최대의 효율을 나타내고 있지는 않다고 합니다. 그러나 이 기기들은 현재 시장에 나와 있는 상품들 보다 훨씬 덜 복잡합니다. 바로 그 점에서 Atwater의 팀은 자신감을 갖고 있습니다. 이 기기들의 제작이 최적화 된다면 현재 시장에 나와있는 제품들과 비교해 상업적으로 더 실용적이기 때문입니다.

 

Atwater는 초고효율의 태양에너지 디자인을 만드는 것이 재생 에너지 산업의 중요한 목표라고 말합니다. 그리고 이제 우리는 태양에너지의 생산 비용을 절약할 수 있는 최고의 기회를 가지게 되었다고 말합니다. 태양전지의 효율을 좋게 만드는 것은 같은 양의 에너지 생산하면서도 좀 더 적은 패널들를 사용할 수 있도록 합니다. 그렇게되면 발전 설비의 가격과 설치 비용을 가능한 많이 줄일 수 있습니다. 그래서 Atwater는 몇 년 안으로 20%의 저효율로 작동하는 태양광 발전은 없어질 것이라고 전망하고 있습니다.

 

[출처 : http://www.technologyreview.com/featuredstory/513671/ultra-efficient-solar-power/]

 

Written by Mike Orcutt on April 23, 2013. Image by John MacNeill

S.F. 3기 이명준(comebabo1@naver.com)