태양전지 효율 높이는 기술 美 MIT大에서 나왔다.

나노튜브·광결정층을 가열,복사열을 태양전지가 전기로 바꿔

[아시아경제 박희준 기자]미국 MIT 과학자들이 탄소나노튜브를 이용해 태양광 발전 전지의 효율을 크게 높이는 방안을 연구하고 있어 주목된다. 현재 태양 전지의 효율(빛을 전기로 바꾸는 비율)은 22%에 불과하지만 이를 80% 이상까지 끌어올 릴 수 있다고 MIT과학자들은 주장하고 있다.

미국 MIT대학이 탄소나노튜브를 활용한 태양전지 효율을 높이는 칩 제조 모습

블룸버그통신은 20일 MIT 과학자들이 통상은 버려지는 태양광선의 파장을 활용하도록 돕는 탄소 나노튜브 층으로 된 태양전지를 시험하고 있다며 이같이 보도했다.


현재 생산되고 있는 표준 폴리실리콘 태양전지는 햇빛의 모든 파장에 반응하지 않는 탓에 빛을 전력으로 전환하는 광자의 양이 제한된다. 태양전지 효율은 22%에 불과하다. 이론상으로 햇빛을 전기로 전환할 수 있는 비율은 33.7%라고 과학자들은 주장하고 있다.

Mit 과학자들은 다른 방법을 택했다. 햇빛으로 나노튜브로 만든 광결정을 가열하고 여기서 나오는 적외선 복사를 태양전지가 수집해 전기로 바꾸는 방안이다.

MIT의 이블린 왕 기계공학과 부교수는 이날 발표문에서 “기존 실리콘 기반 전지는 모든 광자(빛의 입자)를 전기로 전환할 수 없다”면서 “이는 광자를 전기로 전환하기 위해서는 광자의 에너지가 밴드갭(전자가 가인 에너지의 허용된 대역 사이의 빈틈)과 같아야 하기 때문”이라고 밝혔다.

그는 “실리콘 밴드갭은 많은 빛의 파장에는 반응하지만 다른 것은 놓친다”면서 “그래서 우리 연구팀은 탄소 나노튜브와 광결정으로 된 만든 2층의 흡수방사체(absorber-emitter)를 만들었으며 나노튜브 기술이 기존의 제약을 극복하는 데 쓰일 수 있다”고 강조했다.


MIT에 따르면, 과학자들은 두께가 원자 한 개 정도이고 속이 빈 원통형관인 탄소나노튜브와 광결정을 결합해 흡수방출장치 를 만들었다. 이들은 시뮬레이션을 통해 나노튜브가 햇빛을 집중해서 받으면 온도가 올라가면서 이 흡수방출장치를 최고 섭씨 962도까지 가열한다. 빨갛게 단 쇠가 빛을 내듯, 가열된 광결정도 빛을 내고 광전지는 그것을 전기로 전환해 효율을 올린다는 게 이들의 주장이다.

그는 전지효율을 80% 이상으로 높일 수 있다고 강조했다.

MIT연구팀은 MIT뉴스에 이 기술은 햇빛 흡수를 위한 브로드밴드를 사용하는 만큼 효율을 높일 수 있고 기존 칩제조 기술을 사해 태양전지의 크기를 줄일 수 있으며, 열을 이용하는 만큼 저장도 가능하다고 주장했다.

박희준 기자 jacklondon@asiae.co.kr