초박형 투명 태양전지로 웨어러블, 자동차, 가정용 눈에 보이지 않는 충전 가능

거의 눈에 보이지 않는 새로운 종류의 태양전지가 언젠가는 일상의 유리 표면에서 전기를 생산하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기에는 자동차 창문과 선루프, 스마트 안경, 웨어러블 기기, 건물 외관, 집 창문 등이 포함될 수 있습니다.

싱가포르 난양기술대학(Nanyang Technological University)의 과학자들이 사람 머리카락 한 가닥보다 약 10,000배 더 얇고 기존 페로브스카이트 태양전지보다 약 50배 더 ​​얇은 초박형 투명 페로브스카이트 태양전지를 개발했습니다. Annalisa Bruno 부교수가 이끄는 NTU 연구팀은 ACS Energy Letters(TechXplore를 통해)에 연구 결과를 발표했습니다.

태양전지가 일상 유리 속으로 사라질 수 있나요?

이 태양전지는 반투명하고 색상이 중립적이므로 기존 태양전지판처럼 보이지 않게 유리에 추가할 수 있습니다. 이는 지붕이 이미 태양광 발전에 사용되고 있지만 창문과 수직 유리 외관은 대부분 개발되지 않은 도시에서 유용할 수 있습니다.

전 세계 연구자들은 태양광 기술을 더 쉽게 채택하고 일반 사용자에게 더 매력적으로 만들기 위해 노력하고 있습니다. 일부는 집에서 패널이 더 잘 보이도록 할 수 있는 다채로운 태양 전지를 연구하고 있는 반면, NTU의 접근 방식은 태양 전지가 유리 속으로 거의 사라지도록 만드는 데 중점을 두고 있습니다. 대규모로 작동한다면 사람들에게 집, 자동차 또는 장치의 모양을 바꾸라고 요구하지 않고도 청정 전력을 생성하여 태양광의 가장 큰 과제 중 하나를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

NTU는 이 전지가 간접 및 확산광 하에서 전기를 생성할 수 있어 직사광선이 제한된 밀집된 도시 건물에 유용하다고 말합니다. 성공적으로 확장되면 전면 유리로 된 대형 건물은 이론적으로 방향과 사용 가능한 유리 면적에 따라 연간 수백 메가와트시 전력을 생산할 수 있습니다.

상업적으로 사용하기 전에 어떤 과제가 남아 있습니까?

팀은 열 증발이라는 공정을 사용하여 셀을 만들었습니다. 이 공정에서는 물질이 증기로 변할 때까지 진공 챔버 내부에서 가열된 다음 매우 얇은 층으로 침전됩니다. NTU는 이것이 더 넓은 영역에 걸쳐 균일한 층을 생성하는 데 도움이 되고, 독성 용매를 피하며, 연구자들이 태양 전지의 투명도를 제어할 수 있게 해준다고 말합니다.

가장 좋은 결과는 60나노미터 불투명 셀에서 나왔는데, 이는 약 12% 효율에 도달했습니다. 더 얇은 불투명 버전은 30나노미터에서 효율이 약 11%, 10나노미터에서 7%에 도달했습니다. 60나노미터 반투명 버전은 가시광선의 약 41%를 통과시키면서 7.6%의 효율을 달성했습니다.

비교해 보면, 일반 옥상 태양광 패널은 훨씬 더 효율적이며, 많은 상업용 가정용 패널은 햇빛의 약 18%~24%를 전기로 변환합니다. NTU의 반투명 셀은 원시 전력으로 해당 패널을 이길려고 하지 않습니다. 장점은 일반 태양광 패널이 비실용적이거나 바람직하지 않은 표면을 활용할 수 있다는 것입니다.

이는 아직 연구실 단계의 연구이며 창문, 자동차, 웨어러블 기기에 사용할 수 있는 제품은 아닙니다. NTU는 특허를 출원했으며 제조 공정을 검증하기 위해 기업들과 논의 중입니다. 연구자들은 세포가 안정적으로 유지되고 장기간 사용에도 살아남으며 더 넓은 영역에서 생산될 때 잘 작동할 수 있다는 것을 증명해야 합니다.