preLoad Image preLoad Image
검색 바로가기
주메뉴 바로가기
주요 기사 바로가기
다른 기사, 광고영역 바로가기
중앙일보 사이트맵 바로가기
닫기
닫기

썬팅 필름에서 전기도 생산 … KAIST 연구팀 신기술 개발

열기를 차단하면서, 전기도 생산할 수 있는 ‘유리창형’ 태양전지 기술이 개발됐다. 차 유리에 적용하면 선팅 효과는 물론, 엔진 정지 상태에서도 에어컨을 쓸 수도 있다. 더운 여름 차 안에 방치한 아이나 동물을 숨지게 하는 사고도 원천 차단할 수도 있다는 얘기다.

KAIST는 전기 및 전자공학부 유승협 교수와 성균관대 화학공학부 박남규 교수의 공동연구팀이 열을 차단하는 동시에 전기도 생산할 수 있는 반투명 태양전지 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

공동연구팀이 개발한 태양전지의 두께는 0.1~0.2mm에 이를 정도로 얇고 반투명하기 때문에 필름이나, 유리에 코팅할 수도 있다. 비결은 태양전지 원료에 있다. 기존 태양전지판은 원할 때만 전기를 흘려주는 물질(반도체)의 원료로 주로 실리콘을 사용한다. 문제는 실리콘을 투명하게 만들 경우 전기를 흘려주는 효율이 크게 낮아진다는 점이다. 때문에 KAIST 연구진은 페로브스카이트(perovskite)라는 새로운 화학물질에 주목했다. 특정 상황에서 반도체 역할을 하는 이 독특한 금속 산화물은 투명하게 설계하기도 쉬우면서도 효율도 나쁘지 않았다.

사실 일본 도요타자동차가 비슷한 아이디어를 내놓은 적이 있다. 2009년부터 올해 1월까지 판매했던 3세대 프리우스 차량이다. 차량 지붕에 태양광 패널을 탑재해, 시동이 꺼지면 패널에서 생성한 전력으로 송풍기를 돌려 차량 온도를 낮췄다. 다만 차량에 실린 태양전지판의 원료도 실리콘이라 투명하진 않다. 또 유리에 코팅한 게 아니라, 전지판 자체를 지붕에 얹는 방식이었다.

태양전지판에는 단순히 반도체 원료만 들어가지 않는다. 반도체 앞뒤로 전극이 붙는데, 알루미늄ㆍ은 등 빛이 통과하지 못하는 ‘금속’을 쓴다. 연구진은 어떻게 빛이 전극(금속 소재)까지 통과하게 만들었을까.

연구팀의 김호연 KAIST 전기및전자공학부 박사는 “금속(은)을 12~24나노의 균일하게 얇은 박막으로 만들었더니, 가시광선을 투과시키면서 동시에 전기도 어느 정도 통했다”고 설명했다. 이 태양전지 필름의 가시광선 투과율(7.4%)은 차량용 선팅 필름과 큰 차이가 없다.

여기서 또 다른 문제가 발생한다. 태양전지판을 반투명하게 만들면 적외선도 같이 투과해 온도가 올라간다. 자동차 창문이 가시광선을 투과시키는 덕분에 차내에서 외부를 볼 수 있지만, 운전자 피부가 뜨거워지는 것과 같은 원리다. 연구진은 열기(적외선)를 차단하기 위해 묘안을 짜냈다. 금속판(은) 위에 자외선만 굴절시키는 또 다른 금속(황아연)을 덧입혔다. 이 금속의 두께가 약 30나노 수준일 때 가시광선은 투과하고 적외선은 반사한다는 사실을 발견했다.

이 태양전지의 활용분야는 무궁무진하다. 자동차 유리창에 선팅 대신 입힐 수도 있고, 건물 외벽을 필름으로 둘러쌀 수도 있다. 외부 온도를 차단해 온ㆍ냉방에 필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.

유승협 KAIST 전기및전자공학부 교수는 “이번에 개발한 태양전지 필름의 두께는 불과 수백 나노미터에 불과하고, 휘어지는 재질로 만들기도 쉬워 가능성이 무궁무진하다”며 “지난 3년간 발전 속도를 고려했을 때 5년~10년이면 상용화가 가능할 것”이라고 전망했다.

이번 연구 결과는 에너지ㆍ연료 분야에서 권위를 인정받는 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’의 7월 20일자 표지 논문으로 선정됐다.

문희철 기자 reporter@joongang.co.kr
AD
온라인 구독신청 지면 구독신청

PHOTO & VIDEO

shpping&life

많이 본 기사

댓글 많은 기사