日 연구진, 태양광전지판 성능저하 중요요인 파악
- IT / 유제린 / 2019-12-20 13:44:20
자외선 원인 손상, 유기 반도체층 전기저항 증가로 전류흐름 줄어
최근 일본 연구진이 햇빛에 의한 유기(有機) 태양광발전시스템의 효율성 저 하를 조사, 연구결과가 차세대 태양광전지판의 광범위한 상용화에 상당한 영 향을 미칠 것으로 전망된다.
태양광발전은 미래 신재생에너지의 중요한 솔루션 중 하나이지만, 그간 태양광전지판은 가성비 면에 있어 주택에 설치를 고려하기에는 너무 가격이 비싸 비효율적인 경향이 있었다.
탄소성 폴리머를 겹쳐 만드는 새로운 유형의 태양광전지라 해도 실용성을 감안하고 감당할 수 있을 만큼 저렴한 가격에 설치를 한다 하더라도 그 효율이 기껏해야 최대 10% 정도에 불과하기 때문이다.
또한 가정용 태양광발전을 망설이게 되는 가장 큰 이유 중 하나는 아무래도 설치 이후 햇빛에 의해 계속 손상되다 보면 성능이 저하됨은 물론, 기기수명이 짧아지기 때문일 것이다.
하지만 기기손상이 심각하다 해서 여러층으로 돼 있는 태양광전지판을 해부해 그 손상정도는 고사하고 내부에서 시간이 지남에 따라 발생하는 분자 메커니즘을 일반인이 식별하는 것은 불가능해 보인다.
이에 일본의 가나자와대학(Kanazawa University) 연구진이 햇빛에 노출돼 손상을 입는 유기(有機) 태양광전지의 분자(分子) 메커니즘에 대해 정밀조사를 벌여 고효율, 저비용, 긴 기기수명이 결합된 차세대 태양광전지 개발에 중요한 의미를 갖을 것으로 예상된다.
현재, 가나자와대 연구진은 전류전압곡선, 임피던스분광법 그리고 자외선-가시광분광광도측정 결과를 토대로 태양광전지판 성능저하를 일으킬 수 있는 중요한 요인을 파악했다고 밝혔다.
연구진이 태양광전지판의 반도전층(半導電層)에 있는 연약한 유기분자(有機分子)가 햇빛에 지속적으로 노출되면, 우리의 탄소성 피부세포가 해변에서 하룻동안 자외선에 흉측하게 그을리는 것과 꼭 마찬가지로 그렇게 손상될 수 있다는 것을 발견했다는 것이다.
이번 연구의 제1저자인 마코토 카라가와 박사는 "자외선에 의한 손상이 유기(有機) 반도체층의 전기저항을 증가시켰다는 것을 발견했다"며 “이로 인해 전류흐름이 줄어들어 효율이 전반적으로 떨어진 것으로 확인됐다”고 말했다.
이어 카라가와 박사는 “‘매트릭스보조 레이저 탈착/이온화 이동시보’로 알려진 방법을 사용해 햇빛에 의한 손상으로 인한 유사 열화생성물을 발견했다”며 “태양광전지판 소재의 일부 황 원자가 대기중에서 산소 원자로 대체되면 분자(分子)는 더 이상 의도한대로 기능하지 않는다”고 덧붙였다.
한편, 연구의 수석저자인 고신 다카하시 박사는 "새로운 유기(有機) 반도체 소재가 전반적으로 태양광전지판의 효율을 끌어올려 놓았음에도 불구하고 이런 종류의 태양광전지판은 자외선에 의한 손상에 보다 취약한 경향이 있는 것으로 드러났다"고 설명했다.
이어 다카하시 박사는 “이러한 이해를 바탕으로 해야 높은 에너지 변환율을 계속 유지하는 보다 견고한 태양광발전 기기를 설계하는 것이 가능할 수 있다”며 “이는 태양광발전을 신재생에너지 발전의 훨씬 더 큰 영역으로 자리매김하게 해 줄 것이다”라고 강조했다.
이렇듯 이번 조사연구를 통해 발견된 문제점을 보완한다면 가까운 미래에 고효율, 저비용, 긴 기기수명이 결합된 차세대 태양광전지판 개발이 가능할 것으로 전망된다.
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