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단단하고 평평한 태양열 패널은 대부분의 사람들이 착용하기 불편하다. 그러나 유연하고 세탁가능한 태양 전지는 (Nature Energy, ' 'Stretchable and waterproof elastomer-coated organic photovoltaics for washable electronic textile applications') RIKEN 연구팀의 최근 연구로 인해 가능할 것으로 기대된다. 새로운 유기, 초박형 광전지는 길이가 50% 이상 늘어나고 20 회의 모의 세탁을 견딜 수 있다. 이러한 속성은 전지가 예를 들어 섬유 및 인터넷 사물 (인터넷을 통해 서로 교신할 수 있는 장치)에 통합되어 전기 생성 의류, 개인 건강 모니터 전원, 이동 중에도 모바일 장치를 충전장치를 만들 수 있음을 의미한다. 단일 태양 전지가 공기와 물에서 높은 에너지 효율, 신축성 및 안정성을 결합한 것은 이번이 처음이다. 이 연구는 태양 전지의 초박형 유기 활성층인 유기 광전지 (OPV)를 개발할 때 시작되었다. 이 층은 햇빛을 거의 8 %의 효율로 전기로 전환시키며 공기와 물에서도 매우 안정적이다. 보다 두꺼운 OPV는 10 퍼센트의 피크 변환을 요구할 수 있지만, 1 마이크로 미터 두께의 광전지 재료의 경우 8 퍼센트는 매우 높은 수치이다. 그리고 활성물질이 매우 얇고 유기 물질을 기반으로 하기 때문에 깨지지 않고 구부릴 수 있다. 그러나 이 활성층으로 제조된 첫 번째 태양 전지는 신축성이 없었으며 쉽게 긁혔다. 연구팀은 펴진 고무와 같은 엘라스토머 필름을 바깥쪽으로 얹어 이러한 문제를 해결했다. 우선, 엘라스토머를 미리 신축시키고 초박형 태양 전지를 부드럽게 고정시켰다. 다음으로, 두 번째 엘라스토머는 미리 펴서 붙이고, 이런 종류의 샌드위치 구조를 얻었다. 엘라스토머 필름이 이완될 때, 임베디드 태양 전지는 골짜기와 봉우리가 있는 아코디언과 같은 구조로 접힌다. 이 접힌 구조는 셀에 신축성을 부여한다. 잡아 당길 때 접힌 상태가 평평해 지므로 장치를 손상없이 길이의 절반까지 늘릴 수 있다. 엘라스토머 필름은 전지를 방수 처리하여 수분을 1 시간 40 분 동안 노출시키면서 전지를 20 회의 기계적 압축을 실시하여 테스트하여 세탁 가능하게 하였다. 이 과정이 끝나면 전지 효율은 20 % 만 감소된다. 이러한 태양 전지는 착용자의 심장 박동수, 체온, 혈압 및 기타 중요한 의료 매개 변수를 측정하기 위해 센서와 같은 전자 장치에 전력을 공급할 수 있기를 바란다. 또한 의사는 외래 환자의 상태를 보다 쉽게 모니터링할 수 있을 뿐 아니라 운동 선수가 지속적으로 성능을 측정할 수 있도록 할 수 있다. 심박수, 압력 또는 전기 피부 활동을 모니터링하는 스마트 센서가 주목을 끌었다. 이제는 센서가 내장된 많은 텍스타일이 있다. 이러한 기술을 태양 전지와 결합시킴으로써 매우 똑똑한 센서 의류 시스템을 달성할 수 있었다. 미래에는 충분히 높은 전압과 전류를 실현할 수 있다면 의류의 태양 전지도 모바일 장치를 충전하는데 사용할 수 있으며 심지어 가정용 전기를 공급할 수도 있다. 개발도상국에서는 OPV 천막과 같은 것들을 사용하여 발전시킬 수 있다. 그리고 태양 전지가 얇고 가벼운 전지와 결합될 수 있다면 그 유용성은 더욱 강화될 수 있다. 매우 얇거나 신축성 있는 배터리 시스템이 필요하지만 실현하기가 매우 어렵다. 배터리는 많은 전력을 저장하기 위해 약간의 두께가 필요하다. 그러나 연구팀이 적절한 공동 연구팀을 찾을 수 있다면 팀과 배터리 연구 그룹 간의 훌륭한 시너지 효과를 실현할 수 있을 것이다. 현재, OPV 모델은 수명과 가격면에서 전통적인 무기 태양 전지와 경쟁할 수 없다. 옥상 모델은 20 년의 수명을 목표로 하며 유기 태양 전지는 유리 기반 제품의 경우 10 년 미만, 유연 제품의 경우 5 년 미만을 목표로 하고 있다. 가방, 안경 등으로의 통합은 꽤 오랫동안 진행되어 왔지만 OPV를 씻을 수 없기 때문에 직물에의 통합이 불가능했다. 연구팀은 실제 응용 프로그램이 3 ~ 5 년이 걸릴 것으로 예상하고 있지만 이미 기업의 기술 상용화에 관심이 있었다. 극복해야 할 두 가지 주요 장애물은 태양 전지의 비용과 크기이다. 전지는 현재 10 센티미터 x 10 센티미터로 제한되어 있으며 조작하기에 상당히 비싸다. 필름 코팅은 실제로 매우 얇아 궁극적으로 비용을 절감할 것이다. 회사가 이 기술을 상용화하면 활성층 재료를 대량 생산하고 비용을 절감할 수 있는 방법을 개발할 수 있을 것이다. 많은 기업들이 우리의 기술에 관심을 가지고 있으며 최근에 연구팀에게 연락하고 있으며 회사와의 협력은 상용화를 가속화할 것이다. 연구팀은 현재 공기의 안정성과 신축성을 개선하기 위해 노력하고 있다. |
