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- EU 프로젝트 "CitySolar"의 일환으로 투명성과 가장 높은 효율성을 결합한 솔루션 찾아
- 12.3% 효율에 전반적으로 투명성은 약 30% 정도
- 투명 탠덤 태양전지는 보이지 않는 영역의 태양 복사선 이용,비용 저렴하고 제조 쉽다
- 이 기술을 사용하면 에너지를 생산하는 포지티브 하우스 만들 수 있어

투명 태양전지 기록
페로브스카이트와 유기 태양 전지의 탠덤을 통해 창문 앞면을 전기 공급자로 전환

전력 공급자로서의 창문:
새로운 복합 태양 전지는 투명성과 기록적인 효율성을 결합했으며, 미래에는 창문 앞면을 투명한 태양광 발전소로 바꿀 수 있다. 새롭게 개발된 페로브스카이트와 유기 태양 전지의 탠덤은 12.3%의 효율을 달성했다. 이는 투명 태양 전지 모듈의 새로운 기록이다. 이는 태양 전지가 주로 태양광의 자외선과 근적외선 부분을 사용하지만, 가시광선은 통과시키도록 함으로써 달성됐다. 

▲ 투명 탠덤 태양 전지는 페로브스카이트와 폴리머 태양 전지, 그리고 투명 연결층으로 구성된다. © CitySolar

태양열 에너지는 에너지 전환의 중요한 기둥으로 여겨지지만, 적합한 토지에 대한 경쟁으로 인해 제한을 받는다. 하지만 기존 구조물에 통합된 태양광 모듈이 해결책을 제공할 수 있다. 옥상 태양광 시스템과 농업용 태양광 발전 시스템 외에도, 이러한 시스템은 주로 대형 사무실 건물이나 주거용 건물의 외벽에 직접 통합되는 시스템이다. 특히 큰 창문 앞면이 이런 경우에 적합하다.

덴마크 남부 대학의 모르텐 마드센은 "투명 태양 전지는 건물 통합 에너지 솔루션의 다음 큰 단계가 될 수 있다"고 설명했다. 추가적인 공간을 차지하지 않고, 창문 유리에 통합되어 필요한 곳에 직접 전기를 생산하기 때문이다.

기록적인 효율성을 갖춘 절충 솔루션

문제는 태양 전지가 전기를 생성하려면 태양 복사선의 일부를 흡수해야 한다는 것이다. 하지만 이로 인해 투명성이 제한된다. 반면, 투명 태양전지는 일반적으로 효율성이 낮다. EU 프로젝트 "CitySolar"의 일환으로 Madsen의 팀은 투명성과 가능한 가장 높은 효율성을 결합한 솔루션을 찾았다.

성공:
연구팀은 이제 투명 태양광 모듈에 대한 새로운 효율 세계 기록을 세운 태양 전지를 개발했다. 이 기술은 12.3%의 효율을 달성하면서도 여전히 가시광선의 상당 부분을 통과시킨다. 매드슨과 그의 동료들이 보고한 바에 따르면, 전반적으로 투명성은 약 30% 정도다.

Tandem은 두 가지 다른 방사선 범위를 사용한다.

구체적으로, 새로운 투명 태양광 모듈은 두 가지 유형의 태양 전지의 조합으로 구성된다. 맨 위층은 할로겐화물 페로브스카이트 태양 전지로, 주로 자외선 범위의 빛을 흡수하여 전기를 생성한다. 그 아래에는 근적외선 범위의 방사선을 흡수하는 유기 폴리머 태양 전지가 있다. 두 가지 유형의 태양 전지는 모두 일반적인 산업적 방법을 사용하여 별도로 생산되며, 그 후에 특수 연결을 사용해서만 결합된다.

장점:
한편, 투명 탠덤 태양전지는 주로 보이지 않는 영역의 태양 복사선을 이용한다. 즉, 가시광선에는 투명하게 유지된다. 반면, 페로브스카이트 태양 전지와 유기 박막 태양 전지는 모두 비용이 저렴하고 제조가 쉽다. "이것은 매우 저렴한 기술이다"고 Madsen은 강조했다.

다음 단계: 확장 및 시장 준비

연구자들에 따르면, 이러한 투명한 복합 태양전지는 건축 부문의 에너지 전환을 촉진하는 데에도 도움이 될 수 있다. "우리는 이미 제로에너지 건물로 나아가고 있지만, 이 기술을 사용하면 한 걸음 더 나아가 에너지를 생산하는 건물을 만들 수 있다"고 Madsen은 말했다. 예를 들어, 대형 사무실 건물의 창문 외벽을 통해 건물 내부에 필요한 전기를 현장에서 직접 생산할 수 있다. 이를 통해 전력망의 부담도 줄어들 것이다.

다음 단계에서 연구진은 태양 전지를 더욱 최적화하고 해당 기술을 시장에 출시할 수 있는 성숙 단계에 이르고자 한다. "우리는 여전히 많은 것을 최적화할 수 있지만, 걸림돌이 어디에 있는지 알고 있으며 이를 극복하기 위한 명확한 전략이 있다"고 Madsen은 설명했다. 이제 산업적 규모로 확장할 차례다. "우리는 모듈을 대규모로 확장할 수 있지만, 이를 위해서는 사업 파트너가 필요하다. 우리는 이미 산업 파트너와 논의 중이다"고 연구원이 말했다.

출처: 덴마크 남부 대학교(Syddansk Universitet)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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