밤에도 전기 생산이 가능한 태양전지

밤에 태양전지와 주변 대기 온도와의 온도 차이를 통해 전력 생산

낮에만 전기 생산이 가능했던 태양전지의 단점 보완의 시도

[위즈덤 아고라 / 김현동 기자] 2022년 4월 5일, 미국 스탠포드대학교 시드 아사와워라릿(Sid Assawaworrarit)과 그의 연구팀이 복사 냉각 현상을 활용한 장치를 개발해 이를 태양전지에 접목시켜 밤에도 전기를 생산할 수 있는 태양전지를 개발했다.

복사 에너지란 적외선, 광선 등 복사선이 운반하는 에너지이다. 지구는 태양으로부터 흡수한 복사 에너지를 다시 열복사 형태로 방출하는데 이때 지표의 온도가 떨어지는데 이를 복사 냉각 현상이라 한다. 지표면의 복사냉각은 주로 맑고 바람이 약한 야간에 왕성하게 나타난다.

낮에는 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 태양전지는 밤에는 열을 방사하며 주변보다 온도가 떨어지게 되고 연구진은 이러한 점을 이용해 열 에너지를 전기에너지로 전환시키는 열전 소자를 태양광 패널에 부착시켰다. 태양전지 패널 표면의 온도와 대기 사이의 온도 차이에서 전기를 생산하는 것이다. 

이 장비는 낮에는 열 에너지가 흡수되어 태양전지의 높은 표면 온도와 주변 대기 온도의 차이를 통해 태양광 발전 과정에서 에너지를 추가적으로 생산하는 것이다. 

이 장치를 통해 태양광 발전은 낮과 밤에 둘 다 전기 생산이 가능하며 해가 진 후 전기 생산이 불가능한 기존 태양전지의 단점을 보완하는데 기여를 한 연구이다. 

연구진은 태양전지가 보다 열전도가 더욱 효과적으로 일어나게 만들기 위해 알루미늄판을 부착했다. 

다만 아직 1 미터제곱당 50mW의 전기를 생산하는 수준으로 20 미터제곱이 되어야 전구 하는 불을 켤 수 있는 정도이다. 연구팀은 “주변에서 쉽게 구할 수 있는 부품을 활용해 이 설비를 개발했다”라며 “이 기능에 특화된 부품들을 개발하면 성능을 더욱 개선할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

본 연구 결과는 미국 물리학회가 발간한 Applied Physics Letter에 게재되었다.