오염·고갈없는 태양전지...'신개념'으로 바뀐다

[아시아경제 김수진 기자]지난해 3월 동일본 대지진 이후 대체에너지에 대한 관심이 크게 늘어났다. 위험성이 높은 원자력발전 대신 다른 '동력원'을 찾아야 한다는 위기감이 작용한 것이다. 그 중 태양광 에너지는 오염이 없고, 고갈 염려가 없는 햇빛을 사용한다는 점에서 주목받고 있다.

태양전지는 태양광에너지를 담는 '그릇'이다. 태양광 에너지는 서로 성질이 다른 두 개의 반도체를 접합시켜 만든다. 햇빛을 받으면 각각의 반도체가 양극과 음극으로 대전되면서 전류의 흐름이 생겨난다. 실리콘계와 화합물계, 기타 태양전지로 나뉘는데 가장 많이 생산되는 것은 실리콘 태양전지다.

태양전지 한 개는 평균적으로 전압 0.6V의 전력을 생산해낸다. 이 전지를 여러 개 이어 붙여 태양광 모듈을 만들면 원하는 발전 규모만큼 전력을 끌어낼 수 있다. 크기도 자유자재다. 대형 발전소를 만들 수 있고, 가정에서 쓸 만큼만 만드는 것도 가능하다.

국내에서도 태양전지 관련 연구는 활발하게 이뤄진다. 성균관대학교 화학공학부 박종혁 교수팀은 15일 염료감응 태양전지의 '신개념 전해질'을 개발했다고 밝혔다.

염료감응 태양전지는 유기염료와 나노기술로 에너지 효율을 높인 차세대 태양전지다. 기존 실리콘 전지에 비해 가격이 20~30% 수준으로 저렴하고 공정도 간단한 것이 장점이다. 또한 투명하게 만들 수 있어 건물 유리창에 직접 활용하는 것도 가능하다.

문제는 전해질이다. 염료감응 태양전지는 두 개의 전극과 그 사이를 채우는 전해질로 구성된다. 그런데 액체인 전해질이 잘 휘발돼 상업화하기 힘들었다. 전해질을 겔(Gel)형태로 만들면 전해질이 태양전지 속 나노입자 사이로 침투하기 어려워 성능이 떨어진다.

박 교수팀은 고분자 나노소재를 이용해 액체 전해질의 문제점을 해결했다. 입자크기가 똑같은 고분자 나노소재(폴리스타이렌)을 백금으로 코팅된 태양전지의 한 쪽 전극에 위치시킨 뒤, 폴리스타이렌이 부풀어 오르게 하거나 용해되도록 액체 전해질의 용매를 조절하는 것이다. 이 방식은 기존 액체 전해질과 성능이 똑같으면서도 수명이 더욱 길어진 것이 특징이라는 설명이다.

박 교수는 "차세대 고효율 태양전지 개발을 선도하는 국가들과 격차를 줄일 수 있는 획기적 기술"이라며 "얇으면서도 효율이 높은 차세대 태양전지 실용화를 앞당길 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 나노 레터스(Nano Letters) 지 온라인 속보로 게재됐다.

김수진 기자 sjkim@