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이번 주 미국물리학회의 응용물리학저널에 발표된 새로운 연구에 따르면, 우리가 더 화려하고 효율적인 태양전지판에 한 걸음 더 다가선 것으로 알려졌다. 과학자들은 실리콘 나노 패턴이 관찰자 쪽으로 녹색광을 되돌려 보내도록 기존 태양 전지판을 각인하는 방법을 개발했다. 이 태양 전지판은 거의 모든 각도에서 녹색으로 보이는 가운데 녹색광 흡수에 따른 손실로 약 10%의 에너지 감소를 보인다. 태양 전지판의 효율을 왜 떨어뜨리려 하는가라는 질문을 제기할 수 있지만 태양 전지판의 효율을 크게 떨어뜨리지 않고 아름답게 만들 수 있기 때문이라고 논문의 저자이자 네덜란드 국립 원자분자물리학 연구소(AMOLF)의 과학자 버레나 니더가 말했다. 새로운 방법은 전지판의 색을 쉽게 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 건축적 설계 요소로도 매력적이어서 잠재적인 활용 범위를 확장시켜줄 수 있다. 태양 전지 관련된 대부분의 연구는 효율을 높이고 비용을 줄이는데 중점을 두고 진행된다. 현재 소비자에게 공급되는 이상적인 태양 전지판은 태양광의 22%를 사용 가능한 에너지로 전환할 수 있다. 색깔이 들어간 태양 전지판도 이미 시장에 선보인 바 있지만 염료와 반사 코팅으로 인해 효율이 크게 낮은 것이 단점이었다. 연구팀은 광학 고무 스탬프를 이용해 고밀도 실리콘 나노실린더를 전지 표면에 임프린트하는 것과 유사한 방식으로 동작하는 소프트 임프린트 리소그래피를 이용해 효율적인 녹색 태양 전지판을 개발했다. 각 나노실린더는 폭이 약 100 나노미터 정도로 특정 빛의 파장을 산란시키는 전자기 공명을 일으킨다. 나노실린더의 기하학적 구조는 어떤 파잔을 산란시킬 것인가에 따라 결정되며 태양 전지판의 색을 변화시키도록 미세 조정된다. 이 임프린트에 의한 태양 전지판의 효율은 약 2% 정도 감소한다. 원칙적으로 가공 기술에 맞춰 쉽게 확장할 수 있다고 말한 논문의 수석 저자이자 AMOLF 과학 그룹 리더인 앨버트 폴만은 한 단계에서 정확하게 정의된 나노 입자를 이용해 전체 패널을 인쇄할 수 있도록 태양 전지판 크기의 스탬프를 사용할 수 있다고 말했다. 기존 전지판과 달리 나노패턴은 다른 각도에서도 일정한 외관을 제공하기 때문에 관측각에 민감하지 않아 넓은 각도에서 보더라도 여전히 녹색을 보인다. 또한 나노패턴은 탠덤 태양 전지판을 만드는데도 유용한데, 이 전지판은 다른 스펙트럼의 에너지를 흡수할 수 있도록 설계된 여러 층을 이루고 있어 30% 이상의 효율을 기록한다. 다음 과제는 적색과 청색 태양 전지판을 만들기 위한 임프린트를 설계하는 것이다. 일단 빛의 3 원색을 만들 수 있다면 잠재적으로 다른 색을 비롯하여 흰색도 만들 수 있다. 이것을 위해 서로 다른 나노입자를 결합해야 하는데, 너무 가까울 경우 서로 상호작용하여 색에 영향을 줄 수 있기 때문에 흰색을 얻는 것은 정말 큰 도약으로 간주된다. |
