겨우 ‘적혈구’ 두께 초박막 플렉서블 태양 전지 개발

태양전지(Photovoltaic cell)는 차세대 청정 에너지원으로 크게 주목받고 있다. 그런데 사실 무한히 사용할 수 있는 청정 에너지원이라는 것 이외에도 태양 전지에는 여러 가지 가능성이 있다.

예를 들어 하늘을 나는 고고도 무인기의 경우 태양 전지 패널을 탑재해 몇 달이고 전력을 공급하면서 임무를 수행할 수 있다. 아직은 꿈의 영역이지만, 이런 태양광 무인기가 가능하다면 통신 위성을 보완할 차세대 무선 통신 수단이 될 수 있다.

하지만 아직 극복해야 할 기술적 문제가 있다. 태양광 유인기인 솔라 임펄스 2의 경우 130㎛ 두께의 태양전지를 탑재했는데, 날개가 대형 제트기 수준이라 무게가 상당하다. 다른 소재와 달리 태양전지의 경량화가 어렵기 때문이다.

오스트리아의 요하네스 케플러 대학(Johannes Kepler University Linz)의 과학자들은 페로브스카이트(CaTiO3)와 유기물 전극을 이용한 초박막 플렉서블 태양전지(ultrathin highly flexible perovskite solar cell)를 개발했다. 이들이 저널 네이처 메터리얼스(Nature Materials)에 보고한 내용에 따르면 이 초박막 태양전지의 두께는 적혈구와 비교할 만한 3㎛에 불과하다. (적혈구는 지름 7~8㎛에 가장자리 두께가 2~3㎛ 수준)

이 태양전지의 에너지 변환 효율은 12%로 높지 않지만, 대신 극도로 가벼워 120W의 전력을 생산하는 데 필요한 태양전지의 무게가 5.2g에 불과한 수준이다. 여기에 얇은 필름 형식으로 제조할 수 있어 웨어러블 기기나 플렉서블 제품과 쉽게 통합할 수 있다.

예를 들면 앞서 말한 무인기 외에도 시곗줄에서 전력을 생산하는 스마트 시계나 종이처럼 작게 접었다가 펼치는 형태의 휴대용 태양전지가 가능하다. 물론 그 이외에도 여러 영역에서 가능성이 열려 있다.

현재 상용화의 가장 큰 걸림돌은 생산성이다. 지금은 10cm의 짧은 필름 형식으로만 제작할 수 있다. 연구팀은 이를 이용해서 하늘을 나는 태양광 무인기를 테스트했다. (위의 사진)

앞으로 경제적으로 대량 생산이 가능한 초박막 플렉서블 태양 전지가 상용화되면 고고도 태양광 무인기를 비롯해 여러 분야에서 혁신이 가능할 것으로 기대된다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com