[인더스트리뉴스 권선형 기자] 국내 연구진과 기업체가 새로운 형태의 고효율 3차원 구조 태양광 패널 시스템 개발에 성공했다. 

한국재료연구원은 나노표면재료연구본부 에너지전자재료연구실 임동찬·김소연·무하마드 자한다 박사 연구팀이 태양광발전모듈 연구업체인 솔라옵틱스와 함께 광섬유를 활용한 광학응용 신소재와 유기물 기반의 태양전지를 융합해 새로운 형태의 태양광발전시스템 기술을 개발하는 데 성공했다고 4월 18일 밝혔다.

이번에 개발된 태양광 패널은 수직 형태의 3차원 구조로 빛을 수용하는 각도에 상관없이 기본적인 효율을 장시간 유지할 수 있다. 태양광 패널의 발전효율은 물론 태양전지 패널의 최대효율 구현시간을 일일 평균 6시간 이상으로 크게 개선할 수 있어 태양광 패널의 패러다임을 바꿀 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.

태양광 패널이 가진 평평한 형태의 2차원 구조는 빛의 수용성과 최적 각도 문제로, 면적대비 약 24% 수준의 효율과 일일 평균 3시간 30분 이내에서 최대효율을 내는 한계가 있었다.

이에 재료연구원 공동연구팀은 광섬유 표면에 나노 크기의 홀을 가공해 빛의 산란을 극대화하고, 산란된 빛을 최대한 흡수할 수 있도록 유기물 기반의 태양전지 구조를 재설계했다. 이를 통해 광섬유 및 수평 형태의 태양광 패널을 수직 형태의 3차원 구조로 배치해 빛을 수용하는 각도에 상관없이 기본적인 효율을 장시간 유지할 수 있게 했다. 그러자 태양광 패널의 발전효율 향상은 물론 태양전지 패널의 최대효율 구현시간도 일일 평균 6시간 이상으로 크게 늘었다.

재료연은 “측면 발광이 가능한 광섬유를 적용해 기존의 태양광을 실내환경(광섬유-태양전지 하이브리드 시스템)으로 이동시켰다는 특징이 있다”며, “이를 통해 불안정한 외부 환경으로부터 패널을 안전하게 유지·관리하는 게 가능하고, 안정성 또한 향상할 수 있게 됐다”고 설명했다.

이번 기술로 외부에 노출됐던 기존의 불안정한 환경이 아닌 안정된 내부 환경에 적용함으로써 열과 먼지, 습도 등 외부 환경에 민감해 그동안 사용하지 못했던 고효율 패널 채택도 가능해졌다.

임동찬 책임연구원은 “개발한 기술이 상용화되면 기존 태양광 패널 대비 설치 면적을 5분의 1 수준으로 대폭 줄일 수 있고 이동형 솔라발전기, 전기자동차, 분산형 발전시스템 등에 획기적으로 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 ‘국가핵심소재연구단(플랫폼형) 및 고감도 롤러블 광전소자용 전극소재 및 융합화 공정기술 개발 과제’를 통해 수행됐다.

한국재료연구원 연구진과 솔라옵틱스는 개발한 기술의 상용화를 함께 추진하기로 하고 고효율 태양광 설비가 세계 최초로 조기 상용화될 수 있도록 할 계획이다.

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