나노기술이 적용되어 더 향상된 태양 패널

앨버타 대학(University of Alberta)의 연구진은 태양 전지의 기능성을 대폭 증가시켰다. 태양광을 전기로 변환시키는데 사용되는 물질인 반도체에 나노기술을 도입함으로서 태양 패널이 더 많은 광을 수집할 수 있고 태양광의 더 폭넓은 스펙트럼에 접근할 수 있었다.

태양전지는 광을 수집하고 수집된 광을 전기로 변환시키는 일을 한다. 금속 나노입자를 태양전지에 적용시키면 소위 플라즈몬이라는 특성을 얻을 수 있다. 연구진에 따르면, 이런 플라즈몬 성질은 훨씬 더 강한 전자기장 구조를 만들 수 있다. 이것은 태양전지가 광으로부터 더 많은 전기를 변환시키는데 도움을 줄 것이다.

나노입자가 포함된 태양전지를 시뮬레이션 했을 때, 연구진은 이런 나노입자가 특정 공명을 가지고 이런 공명에서 입자 주위의 전자기장을 실제로 증폭시킨다는 사실을 발견했다.

연구진이 지향하는 연구목표는 태양전지의 비용을 낮추는 것이었다. 태양 기술의 발전을 막고 있는 문제 중 하나는 태양 전지의 주원료인 실리콘이 매우 비싸다는 것이다. 그리고 아직까지 화석 연료와 경쟁할 수 있을 정도의 가격 경쟁력을 갖추지 않았다는 점이다. 연구진은 이런 문제점을 타개하기 위해서 경제적 타당성을 가진 기술개발에 매진하였고, 이것이 태양전지의 적용을 증대하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 믿고 있다. 유기 물질, 금속, 티타늄 이산화물 등의 반도체를 사용함으로서, 비용은 매우 낮출 수 있었다.

오늘날의 많은 태양전지는 태양광의 광범위한 스펙트럼을 수집할 수 없기 때문에 사용에 제한이 있다. 반도체 나노구조와 금속 나노입자를 결합함으로서 연구진은 더 많은 빛을 흡수할 수 있는 태양전지를 얻을 수 있었고 자외선에서 적외선까지 더 광범위한 태양빛을 흡수할 수 있었다.

현재의 주류인 반도체 태양 패널을 만들기 위해서는 클린 룸이 필요한데 이것은 매우 비싼 설비이다. 이번 연구진이 제안한 기술은 클린 룸이 필요 없을 뿐만 아니라 차고에서도 새로운 태양 패널을 만들 수 있다. 또한 미심쩍은 식수 속에 나노구조로 된 반도체 입자를 첨가했을 때 이것을 때린 태양빛에 의해서 유기 오염물질이 분해되기 때문에 이번에 제안된 기술이 친환경적이라고 연구진은 말했다.

연구진은 이 기술이 5년에서 10년 사이에 상업화될 것으로 예상했다. 그러기 위한 첫 번째 목표는 이런 아이디어을 실험으로 수행해서 실제로 실현 가능한지를 평가하는 것이 될 것이고, 그 후에 이런 아이디어가 성공했다면, 상업화를 위해서 특허 등록, 회사 스핀-오프(주식회사 조직의 재편성 방법으로 모회사에서 분리·독립한 자회사의 주식을 모회사의 주주에게 배분하는 것) 등의 여러 가지 조치를 취할 예정이다. 연구진은 $20,000의 연구 기금을 사용해서 나노기술을 이용한 더 효과적이고 더 저렴한 태양패널을 개발할 계획을 가지고 있다.

그림 1. 금속 나노입자가 첨가된 태양 패널의 이미지.