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최근 박막 태양 전지는 20%의 효율을 달성. 유기태양광전지 세탁, 인쇄도 가능.
텍스타일 태양전지 효율은 7.9%. 선글라스에서 200mW 전력생산 보청기 전원공급 가능

모바일 에너지 수집기

휴대 전화, 피트니스 측정기 및 기타 모바일 기기에 전기를 공급하는 것은 여전히 ​​대부분 배터리이다. 그러나 전원 형태가 곧 바뀔 수 있다. 우리의 움직임, 체온 혹은 입는 옷으로로 전기를 생산하는 기술이 있기 때문이다.
이러한 유형의 모바일 발전을 위한 최초의 프로토 타입과 방법이 이미 여러 연구소에서 개발을 했다. 우리의 몸에서 전기를 만드는 최신기술을 알아본다.

▲ 이 유연한 인쇄된 태양 전지는 세척 후에도 기능이 유지된다. © RIKEN

전원 역할을 하는 안경과 티셔츠 “새로운 태양 전지로 태양광 모바일”

모바일 에너지 생성의 고전은 태양 에너지다.
수십 년 전에 태양광을 사용해 자체 전기를 조달한 계산기, 센서및 기타 소형 장치가 있었다. 그러나, 여기에 필요한 태양 전지는 단단하고 대부분 강력하지 않았다.

일상 생활에서 편리하고 쉽게 통합된 모바일 전기 수집체로는 그리 매력적이지 않다.

최근 유기 박막 태양 전지 덕분에 태양광 분야에서 많은 일이 일어났다.
예를 들어 실리콘 태양 전지와 달리, 결정성 반도체가 아니라 특수 폴리머로 구성된다.
빛에 의해 들뜬 분자들은 전자를 방출하지만 효율은 오랫동안 매우 낮았다.
그러나 최근 박막 태양 전지는 20%의 효율을 달성했다.

중요한 것은 유기 태양 전지는 유연해서 거의 모든 표면에 적용할 수 있고 인쇄를 해도 문제가 없다는 점이다.

티셔츠의 전기

일본 리켄(RIKEN) 연구소의 히로아키 진노(Hiroaki Jinno)가 이끄는 팀은 이를 사용하여 발전 섬유를 생산했다. 단지 1마이크로미터 두께 태양 전지는 투명한 발수성 중합체 파릴렌(Parylen)에 매립된다. 연구원들은 “이러한 유기 태양 전지는 옷이나 피부에 쉽게 적응할 수 있으며 기계적으로 매우 유연하다”고 말했다. 결과적으로 이 입거나 움직이는데 방해 받지 않으며 티셔츠 나 셔츠의 일부가 될 수 있다.

테스트 결과, 이 태양 전지는 심지어 세탁할 수 있음을 보여 주었다.
20번의 세탁 후에도 초기 효율의 약 80%를 유지했다.

이 태양광 모듈로 인쇄된 티셔츠는 세탁 후에도 여전히 작동한다.

이 텍스타일 태양 전지의 효율은 아직 ​​7.9%에 불과하지만 여전히 최적화될 수 있다.

Jinno와 그의 팀은 “우리는 빨 수 있고 가볍고 신축성있는 유기 태양 광 모듈이 휴대용 센서 및 기타 웨어러블 기기의 전원으로서 완전히 새로운 가능성을 열어 줄 수 있기를 희망한다”고 말했다.

에너지를 모으는 선글라스

옷뿐만 아니라 선글라스도 앞으로 빛으로부터 모바일 전기를 공급할 수 있다.
독일 Karlsruhe Institute of Technology(KIT)의 연구원들은 반투명 유기 태양 전지가 플라스틱 유리에 통합된 유리를 만들었다. 이 선글라스는 겉으로는 일반적인 모델과 구별할 수 없지만 스마트 눈 보호 기능은 모든 것을 갖추고 있다. 센서를 사용해 태양의 방사능과 온도를 측정하고 이 정보를 안경의 통합 디스플레이에 표시한다. 이를 위한 전자 장치는 안경 다리 안에 숨겨져 있다.

▲ 태양 안경은 유리에 통합된 태양 전지를 통해 2개의 센서와 디스플레이에 전원을 공급한다. © KIT

KIT의 도미니크 란더러(Dominik Landerer)는 “우리가 개발한 안경은 기존 태양광 발전이 허용하지 않는 유기 태양 전지의 수많은 모바일 응용 분야의 한 예일뿐”이라고 말했다.

안경에 통합된 태양 전지는 밝은 햇빛뿐만 아니라 인공조명에서도 작동한다.

일반 실내조명에 해당하는 500럭스(lux)의 조도는 200마이크로 와트의 전력을 생성한다.
예를 들어 보청기나 만보계의 전원 역할을 하기에 충분하다. 

체온으로부터의 전기 생산 '열전 발전기'

원칙적으로 인체는 체온을 유지하기 위해 끊임없이 열을 생성하기 때문에 히터가 걷고 있다고 생각해도 맞는 표현이다. 열은 에너지를 의미하므로 사용 가능한 전기의 잠재적 공급원이기도하다. 실제로, 상대적으로 낮은 체온을 이용할 수 있는 최초의 기술이 있다.

이에 대한 기초는 반도체 요소로 만들어진 열전 발전기(TEG;Thermo Electric Generator)이다. 이러한 TEG는 고온 환경과 저온 환경의 온도 차이만으로 전기 에너지를 얻는다.
전하는 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 운송된다. 작지만 사용 가능한 전류가 흐른다.
일반적으로 충분한 전력을 생산하려면 수십 도(℃)의 차이가 필요하다.

몇 년 전 독일 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institutes)의 연구원들은 불과 몇 도의 온도차이에서 200~500mV(밀리 볼트)의 전압을 생성하는 TEG를 개발했다.
그들은 이미 이 영역에서 작동할 수 있는 전기 회로와 결합했다.

▲ 이 로프는 체온으로 전압을 생성할 수 있다. © UMass Amherst / Andrew Lab

Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS의 페터 스피스(Peter Spies)는 “우리는 완전히 다른 방식으로 서로 다른 구성 요소를 결합해 200mV로 관리하는 회로를 개발했다.

이러한 방식으로 우리는 내부 배터리를 필요로 하지 않고 체온을 통해서만 에너지를 얻는 전자 시스템을 구축할 수 있었다"고 보고했다.

팔찌 또는 티셔츠로 부터 전기 획득

매사추세츠 대학(University of Massachusetts)의 트리샤 앤드류스(Trisha Andrews)가 이끄는 미국 연구팀은 최근 그러한 시스템이 실용에 적합한지 조사했다. 그들은 TEG로 기능하는 조직을 개발했다. PEDOT-CI라는 전도성 폴리머가 인쇄된 면직물로 구성된다.

이 이동식 전기 공급 장치는 예를 들어 손목이나 팔뚝에 팔찌로 착용 할 수 있다.
미니 발전기는 또한 시험에 나타난 바와 같이 세척, 마찰 및 잡아당김을 손상시키지 않고 견딜 수 있기 때문에 텍스타일에 쉽게 통합될 수 있다. 이 집 전체를 사용하더라도 수율은 여전히 ​​낮지만 연구자들은 그러한 발전기가 손목시계 나 활동 추적기와 같은 소형의 휴대용 장치에 에너지를 공급할 수 있다는 것은 매우 현실적이라고 생각한다.

(계속)

 

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