사람은 음식을 섭취하여 생활에 필요한 에너지원을 얻고, 자동차는 휘발유의 힘을 이용하여 인간을 편하게 원하는 곳까지 데려다 줍니다. 식물은 어디로부터 에너지를 얻을까요? 짐작하시는 대로, 식물은 광합성이라는 과정을 통해 생장에 필요한 에너지를 스스로 합성합니다.
그렇다면 태양전지의 에너지원은? 바로 무한한 태양광이죠. 하지만, 태양전지 종류에 따라 태양광을 이용하는 방식이 모두 다르답니다. 그런데, 태양전지에도 식물이 하는 광합성 작용과 유사한 메커니즘을 이용한 태양전지가 있다고 하네요.
식물처럼 광합성 하는 태양전지?
차세대 태양전지로 각광받고 있는 “염료감응 태양전지 (Dye-Sensitized Solar Cell)"가 그 주인공인데요, 이 태양전지는 광합성을 통해 에너지를 얻는 식물을 모방하듯이 태양광을 잘 흡수하도록 고안된 염료를 전극 재료에 바르고, 여기에 태양광이 들어오면 효율적으로 전기에너지로 바꾸는 메커니즘을 이용하고 있습니다.
전기를 만든다는 점에서는 다른 태양전지와 동일하지만, 사진에서 보는 것처럼 알록달록 색상을 띠고, 반투명하고, 여러 가지 모양을 새길 수도 있다는 독특한 특징이 있습니다. 태양전지 자체로만 본다면 투명하다는 것은 빛 흡수가 완벽하지 않다는 증거이므로 에너지변환 효율이 매우 높을 수 없다는 핸디캡이 있을 텐데도, 식물의 광합성 원리를 잘 활용한 탓에 효율적으로 전기를 만들어 낼 수가 있답니다.
이러한 염료감응 태양전지는 그 응용분야 또한 독특하다고 하는데요. 그것은 바로 태양광 발전 창호랍니다. 한마디로, 전기를 생산해 낼 수 있는 창문이죠. 뜨겁게 내려쬐는 태양광을 적당히 막아주고, 성당의 스태인드 글라스처럼 아름다운 조형 창문을 구성할 수도 있으니, 테카르트 (Techar t: 기술을 뜻하는 Tech 와 예술을 뜻하는 art를 합친 신조어) 마켓팅이 가능한 태양전지라고도 말할 수 있을 듯 합니다.
자연은 알고있다, 태양전지의 미래를!
이처럼 태양전지도 자연을 모방하고, 따라하니 새로운 개념이 창출되는 것을 보면 자연의 섭리에 거듭 고개가 숙여지는 데요. 이와 마찬가지로, 자연의 구조를 흉내내어 태양전지의 자기 정화에 이용한 예도 있습니다.
아무리 태양광이 쨍쨍하게 비추는 곳에 태양전지를 설치하여도, 먼지가 뽀얗게 앉거나, 흙비가 내려 태양전지 표면을 덮게 된다면 발생되는 전력의 양이 현저히 줄어들게 됩니다. 갑자기 내린 흙비에 지저분해진 자동차를 상상하시면 될 것 같네요. 그렇다면, 건물 높은 곳에 설치한 태양전지는 어떻게 청소해야 될까요?
역시 이번에도 자연에서 그 해답을 찾을 수 있습니다. 진흙 호수에서도 고고한 자태를 유지하고 있는 연잎을 보면 표면에 미세한 돌기들이 나 있어 물방울이 스며들지 못하고 굴러 떨어집니다. 이런 미세한 표면 구조가 초소수성을 유발하는 현상을 “연꽃 효과 (lotus effect)” 라고 합니다. 이런 표면 구조를 갖는 재료는, 빗물 등이 함께 흐르면서 먼지도 함께 쓸려가는 자기 정화 (self-cleaning)로 항상 깨끗한 표면을 유지할 수 있는 것이죠. 올해처럼 비가 많이 오는 기후에 걸맞는 기술이라고 할 수 있겠네요.
따라서 이 원리를 태양전지의 표면 구조에 응용하여 자기정화형 태양전지를 개발 하려는 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있습니다.
지난 4월 한화는 폴리실리콘 사업에 본격 진출하면서 완벽한 수직계열화를 완성화게 됐죠. 태양전지의 핵심소재인 폴리실리콘을 자체 생산하게 됨으로써 2014년 이후 한화그룹 내부적으로 필요한 폴리실리콘 수요량의 대부분을 자체확보하며 경기 변동에 대비할 수 있는 안정성과 원가경쟁력을 확보할 수 있게 되었는데요. 한화 역시 자연으로부터 태양광과 태양전지의 발전방향을 공부하고 있는 중이랍니다.
여러분도 자연을 잘 관찰해 보세요. 자연은 해법을 갖고 있는 보물창고랍니다.
*이 컨텐츠의 모든 저작권은 한화그룹 공식 블로그 한화데이즈에 있습니다.
이러한 염료감응 태양전지는 그 응용분야 또한 독특하다고 하는데요. 그것은 바로 태양광 발전 창호랍니다. 한마디로, 전기를 생산해 낼 수 있는 창문이죠. 뜨겁게 내려쬐는 태양광을 적당히 막아주고, 성당의 스태인드 글라스처럼 아름다운 조형 창문을 구성할 수도 있으니, 테카르트 (Techar t: 기술을 뜻하는 Tech 와 예술을 뜻하는 art를 합친 신조어) 마켓팅이 가능한 태양전지라고도 말할 수 있을 듯 합니다.
자연은 알고있다, 태양전지의 미래를!
이처럼 태양전지도 자연을 모방하고, 따라하니 새로운 개념이 창출되는 것을 보면 자연의 섭리에 거듭 고개가 숙여지는 데요. 이와 마찬가지로, 자연의 구조를 흉내내어 태양전지의 자기 정화에 이용한 예도 있습니다.
아무리 태양광이 쨍쨍하게 비추는 곳에 태양전지를 설치하여도, 먼지가 뽀얗게 앉거나, 흙비가 내려 태양전지 표면을 덮게 된다면 발생되는 전력의 양이 현저히 줄어들게 됩니다. 갑자기 내린 흙비에 지저분해진 자동차를 상상하시면 될 것 같네요. 그렇다면, 건물 높은 곳에 설치한 태양전지는 어떻게 청소해야 될까요?
역시 이번에도 자연에서 그 해답을 찾을 수 있습니다. 진흙 호수에서도 고고한 자태를 유지하고 있는 연잎을 보면 표면에 미세한 돌기들이 나 있어 물방울이 스며들지 못하고 굴러 떨어집니다. 이런 미세한 표면 구조가 초소수성을 유발하는 현상을 “연꽃 효과 (lotus effect)” 라고 합니다. 이런 표면 구조를 갖는 재료는, 빗물 등이 함께 흐르면서 먼지도 함께 쓸려가는 자기 정화 (self-cleaning)로 항상 깨끗한 표면을 유지할 수 있는 것이죠. 올해처럼 비가 많이 오는 기후에 걸맞는 기술이라고 할 수 있겠네요.
따라서 이 원리를 태양전지의 표면 구조에 응용하여 자기정화형 태양전지를 개발 하려는 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있습니다.
지난 4월 한화는 폴리실리콘 사업에 본격 진출하면서 완벽한 수직계열화를 완성화게 됐죠. 태양전지의 핵심소재인 폴리실리콘을 자체 생산하게 됨으로써 2014년 이후 한화그룹 내부적으로 필요한 폴리실리콘 수요량의 대부분을 자체확보하며 경기 변동에 대비할 수 있는 안정성과 원가경쟁력을 확보할 수 있게 되었는데요. 한화 역시 자연으로부터 태양광과 태양전지의 발전방향을 공부하고 있는 중이랍니다.
여러분도 자연을 잘 관찰해 보세요. 자연은 해법을 갖고 있는 보물창고랍니다.
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고민재 ㅣ KIST 태양전지연구센터 선임연구원
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