태양전지, 반투명 페로브스카이트 태양전지 개발

태양전지(solar cell)는 태양의 빛 에너지를 이용해서 전기를 만들어내는 장치로 광전지(Photovoltaic cell)라고도 부릅니다.

반투명 페로브스카이트 태양전지 개발

한국에너지기술연구팀이 개발한  반투명 페로브스카이트 태양전지

 

태양전지의 효율은 태양전지가 흡수하는 태양 에너지 중 얼마나 많은 에너지를 전기에너지로 변환하는지를 나타내는 지표로 태양전지의 성능을 평가하는 중요한 기준 중 하나입니다. 태양전지의 효율은 태양전지의 재료, 구조, 제조 공정, 작동 조건 등 여러 요인에 의해 효율이 다릅니다.

 

일반적으로 실리콘 기반의 태양전지의 효율은 약 15%~25% 정도입니다. 효율 향상을 위해 새로운 재료와 고급 제조 기술을 이용한 연구가 활발한데, 페로브스카이트 기반의 태양전지나 탠덤 태양전지 등이 높은 효율을 보이면서, 태양전지의 미래 기술로 주목받고 있습니다.

 

한국에너지기술연구원 안세진 박사팀이 21.68%의 세계최고 효율을 자랑하는 차세대 태양전지 반투명 페로브스카이트를 개발하였습니다. 세계 최고의 효율입니다. 건물의 창문, 탠덤 태양전지에 적용이 가능한 차세대 태양전지의 안전성과 효율을 개선하는데 성공하였습니다.

 

이번에 개발된 태양전지는 21.68%로 반투명 태양전지 분야 세계 최고 효율을 달성하였고, 240시간 이상의 작동에도 초기 효율 대비 99% 이상의 효율을 유지하는 뛰어난 안정성을 보장합니다.

2050 탄소중립 달성을 위한 차세대 태양전지 기술의 핵심은 ‘초고효율화 달성’과 ‘적용처 확대’인데 이를 위해서는 고효율, 다기능성 기술이 필요합니다. 두 기술에 모두 효율과 안정성이 우수한 반투명 페로브스카이트 태양전지가 사용되고 있습니다.

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태양전지

태양전지는 19세기 후반에 나오기 시작했으나 21세기에 이르러서야 재생에너지로 각광받고 있습니다. 태양전지는 태양의 빛을 직접 전기로 변환하는 장치로서 태양광에너지를 활용한 가장 대표적인 기술 중 하나로 환경친화적인 재생에너지입니다.

 

태양전지는 대표적으로 실리콘을 기반으로 하는 태양전지가 가장 널리 사용되며, 이외에도 각종 유기물질이나 신소재를 이용한 태양전지도 개발되고 있습니다.

 

태양전지를 통해 생산된 전기는 직접 사용하거나 저장장치인 배터리에 저장해 두었다가 나중에 필요한 곳에 사용할 수도 있고, 또는 태양전지를 통해 발전된 전기를 전력망에 공급하여 다른 곳에서도 사용되기도 하는 등 그 사용 범위가 점점 넓어지고 있습니다. 패널 중 소형 패널은 전구, 선풍기를 틀거나 노트북, 스마트폰, 소형TV를 충전하는 정도이지만 대형패널일 경우에는 온수보일러도 틀고 대형냉장고와 에어컨 등도 가동이 가능합니다.

 

이러한 태양전지는 지속가능한 에너지 원으로서 주목받고 있습니다. 공기 오염물질을 배출하지 않고, 끊임없이 공급되는 태양광을 이용하기 때문입니다. 그러나  아직 태양광 발전의 효율과 비용 문제 등이 완전히 해결되지는 않아 더 많은 연구와 개발이 필요하다고 합니다.

2050 탄소중립

2050 탄소중립이란 2050년까지 온실가스 배출량을 최대한 줄이고, 남은 온실가스 배출량은 흡수나 포집 등의 방법으로 상쇄하여, 순 온실가스 배출량을 '0'으로 만드는 것을 목표로 하는 전략으로 지구 온난화와 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력의 일환입니다.

 

탄소중립을 달성하기 위해 에너지, 산업, 교통, 건설, 농업 등에서 탄소를 줄이는 기술과 정책을 도입하고, 재생에너지를 활용하는 등 다양한 분야에서의 노력이 필요하며 남은 온실가스 배출량을 흡수하기 위해 삼림 조성, 탄소포집과 저장(CCS) 기술 등을 활용해야 합니다.

 

탄소중립을 달성하면, 기후 변화를 완화하고 지구를 보호하는 데 기여할 수 있지만 국가, 기업, 개인 등 모든 이들의 적극적인 참여와 협력이 매우 필요합니다.

 

한국도 2020년 10월, 2050년까지 탄소중립을 달성하겠다는 목표를 세우고, 이를 위한 다양한 정책과 계획을 수립하고 실행하고 있습니다. 이는 재생에너지 확대, 탄소포집과 저장, 수소경제 활성화, 녹색금융 활성화 등 다양한 전략을 포함하고 있습니다. 

탠덤 태양전지

탠덤 태양전지는 두 가지 이상의 서로 다른 반도체 재료를 층을 이루어 결합한 태양전지로 이러한 구조는 각 층이 흡수하는 태양광의 파장 범위가 다르므로, 전체적으로 더 넓은 파장 범위의 태양광을 흡수하고 변환할 수 있게 해줍니다.

 

일반적인 실리콘 태양전지는 태양광 스펙트럼 중 특정 파장 범위의 빛만 효율적으로 흡수하고 변환할 수 있지만 탠덤 태양전지는 두 가지 이상의 반도체를 사용하므로, 서로 다른 파장 범위의 태양광을 효과적으로 흡수하고 변환할 수 있습니다. 이로 인해 전체적인 효율이 향상될 수 있습니다.

창호용 태양전지

창호용 태양전지는 건물의 창문이나 외벽 등에 설치되어 태양광을 에너지로 변환하는 태양전지로 기존의 건물 구조물을 이용하여 재생에너지를 확보하는 방법으로 건물 에너지 효율을 향상시키는 데 기여합니다.

 

창호용 태양전지는 보통 투명, 반투명한 소재로 만들어져 건물의 창문이나 외벽에 설치가 가능합니다. 이는 건물의 에너지 자립성을 높이고, 에너지 비용을 줄이는 데 기여할 뿐 아니라 기존의 건물 구조물을 이용하므로 별도의 설치 공간이 필요하지 않고, 건물의 외관을 해치지 않는 장점이 있으나 아직 효율과 비용, 내구성 등의 문제가 완전히 해결되지 않았습니다.

 

이상으로 태양전지, 반투명  페로브스카이트 기반의 태양전지 등에 대해 알아보았습니다. 저의 짧은 지식으로 인해 정보 전달에 오해가 있지 않기 바랄 뿐입니다.