무궁무진한 태양광발전 이제는 밤에도 가능하다

무궁무진한 태양광발전 이제는 밤에도 가능하다

 

 사람들에게 많이 알려져 있는 신재생에너지로는 태양광 에너지를 손꼽을 수 있다. 태양광 에너지는 수많은 장점을 가지고 있는 것을 다들 잘 알고 있을 것이다. 햇빛이 있는 곳이면 어디서든 설치하여 발전할 수 있고 설치 후 유지비용이 들지 않으며 무공해뿐만 아니라 무한한 재생에너지라는 장점을 가지고 있다. 하지만 햇빛이 있는 낮에만 전력을 생산할 수 있다는 다소 아쉬운 단점을 가지고 있다.

 

[사진1. 태양광발전 모습]

출처: (주)현대태양광

 우리들이 보통 생각하는 태양광 에너지는 이렇다. 하지만 지금 기존 틀을 바꿔버리는 태양광 에너지 발전 방식이 개발되었다고 한다. 기존의 태양광 에너지는 가장 기본적으로 p-n 접합 구조를 가진 태양전지로서 외부로부터 빛을 받아 태양빛이 입사되면 반도체 내부에서 흡수되어 전자와 전공이 발생하여 p-n 접합부 전기장에 끌려 전자는 n형 반도체 쪽으로 정공은 p형 반도체 쪽으로 각각 이동하여 각가의 표면에 있는 전극에서 수집된다. 각각의 전극에서 수집된 전하는 외부 회로에 부하가 연결된 경우 부하에 흐르는 전류로서 에너지의 원천이 된다.

 

[그림1. 태양광 발전 원리]

출처: (주)한국대체에너지

 

 이러한 방법은 가장 기본적인 태양광발전 방법 중 하나이다. 가장 대표적인 방법이며 가장 사람들에게 알려져 있어 지금 이것은 다들 당연하다고 생각할 수 있다. 하지만 이 방법은 해가 떠있을 때만 전력을 생산할 수 있는 방법이다. 태양광발전이란 태양광을 이용하여 발전하는 방식이기 때문에 해가 지고 없는 밤에는 전력을 생산할 수 없다는 것은 상식이라고 할 수 있다. 하지만 그 상식의 틀을 깨고 개발한 방식으로 태양전지를 이용해 밤에도 전기를 생산할 수 있다고 한다. 그 방법은 바로 압전 태양전지 방식이다. 압전 태양전지 방식은 압전효과와 광전압 효과를 동시에 이용하는 방식으로 압전효과는 물리적 진동을 이용하여 전기를 생산하는 방식이고 광전압 효과는 태양빛을 사용하여 전기를 생산하는 방식이라고 할 수 있다.

[그림2. InGaAs 나노선을 이용하여 빛에 의한 광전자 에너지 생산과 바람에 의한 압전 특성을 동시에 수확할 수 있는 모식도]

출처: 한국과학기술연구원

 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전 소재연구단 송진동 박사팀은 연세대학교 물리학과 조만호 교수팀과의 공동연구를 통하여 태양전지용으로 사용되는 나노선 구조 반도체의 원자구조 배열을 압전 현상이 발생하는 구조 배열로 조절하는 실험을 성공하였으며 화합물 반도체 (InGaAs)의 나노 선형성 중 성장과정의 매개 변수를 재설계하여 3차원에서 구현하기 어려운 결정구조 (Wurtzite)를 만들고 새롭게 만들어진 나노구조인 (Wurtzite-InGaAs)이 외부에서 압력을 받으면 압전 전류가 흐르는 것을 확인하여 기존의 태양빛을 이용한 전력 생산방식에 물리적 진동에 반응하여 전력을 생산하는 방식을 더하여 두 방법 동시에 전력을 생산할 수 있는 물질을 개발했다. 이런 실험을 통해 하나의 물질에서 태양광발전뿐만 아니라 압력이나 진동을 통한 압전 특성을 활용한 에너지 발전을 동시에 할 수 있는 가능성을 보여주었다. 이 물질을 사용함으로써 낮에는 기존의 태양광발전을 밤에는 압전효과 방식을 이용하여 24시간 에너지 발전을 할 수가 있게 되었다. 

 이렇게 계속해서 재생에너지의 연구는 계속되고 있다. 재생에너지가 계속해서 발전한다면 재생에너지만으로 국내의 모든 전력을 충당할 수 있는 미래가 멀지 않았지 않을까 생각해본다.

참고자료

 

1. KIST 한국과학기술연구원

2. 압전효과 장착···밤에도 태양전지로 전기 생산 (HELLODD)