태양 에너지는 우리 모두 공평하게 사용할 수 있는 에너지원입니다. 또한 고갈 가능성이 없는 무궁한 자원입니다. 이런 태양 에너지를 전기로 변환해 활용한 것이 바로 태양전지입니다. 얼마 전부터 새로운 소재를 활용한 휘어지는 태양전지 개발이 활기를 띠고 있습니다. 국내에서도 전자부품연구원, 광주과학기술원(GIST), 아주대 등이 관련 기술을 개발해 주목을 받았습니다. 기존 태양전지보다 효율이 높으면서도 생산을 저렴하게 할 수 있는 기술입니다. 이렇게 개발된 제품은 인체에 삽입해 사용하거나 무인항공기, 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있습니다.
Q:태양전지가 무엇인가요. 또 어떻게 작동하나요.
A:태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치가 태양전지입니다. 태양전지는 우리 생활에서 흔히 사용하는 화학전지와는 다른 구조를 지닙니다. 태양전지는 p(양극)형 반도체와 n(음극)형 반도체라고 하는 두 종류 반도체를 연결해 전기를 일으킵니다. 1954년 미국 벨연구소에서 실리콘을 이용해 처음 만들었습니다. 우리 주변에서도 전자계산기, 탁상용 시계 등 비교적 전력 사용량이 작은 전자기기에 널리 쓰이고 있습니다.
Q:휘어지는 태양전지는 뭐가 다른가요.
A:휘어지는 태양전지는 겉보기에는 일반 태양전지와 크게 다르지 않습니다. 가볍고 휘어지는 특성을 가졌다는 점만 다릅니다. 또 다른 차이점은 소재가 다른 점입니다. 기존 태양전지는 실리콘 등 무기물질을 활용해 휘는 특성을 발휘하기 어려웠습니다. 하지만 최근에는 일상생활에서 쓰이는 플라스틱이나 유리 같은 유기물을 주원료로 이용하는 유기태양전지를 개발하면서 휘어지는 전지에 더욱 가까워졌습니다. 유기태양전지는 가볍고 유연해 휴대하기 쉽다는 장점이 있습니다. 아울러 에너지효율도 높은 점이 특징입니다.
Q:주로 어떤 곳에 사용하나요.
A:사용처가 매우 다양합니다. 드론 같은 무인항공기에 적용하면 몸체가 가벼우면서도 태양에너지로 날 수 있는 제품을 만들 수 있죠. 아이언맨 슈트처럼 몸에 걸치는 웨어러블 기기에도 달아서 사용이 가능합니다. 최근에는 손톱만큼 작고 휘어지는 태양전지를 피부 속에 넣어 전기를 직접 만들어내는 기술이 국내에서 개발 됐는데요. 상용화되면 인공 심장 등 체내에 삽입한 의료기기 배터리를 교체하기 위해 수술을 반복해야 하는 환자 불편을 덜어줄 수 있습니다.
Q:휘어지는 태양전지가 널리 사용되지 않는데 이유가 무엇인가요.
A:에너지 효율과 제작공정 때문입니다. 반도체 소재인 실리콘을 사용해 처음 개발한 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 에너지 효율이 약 6%에 불과했습니다. 그 뒤로 반도체 기술이 발달하면서 태양전지의 에너지 효율도 좋아지기 시작했죠. 실리콘을 얇게 만들어 빛이 쉽게 침투하도록 하자 에너지 효율은 15%까지 올라갔습니다. 하지만 실리콘 등 무기무질을 활용한 에너지 효율이 유기화합물에 높지 않습니다. 특수한 갈륨비소 등 특수한 무기 재료로 효율을 20%까지 높인 태양전지도 등장했습니다. 하지만 까다로운 제작공정 이유 때문에 상용화엔 아직 다소 시간이 필요합니다.
Q:언제쯤 휘어지는 고효율 태양전지를 일상에서 만날 수 있나요.
A:갈륨과 비소로 만든 태양전지는 아직 개발 단계입니다. 일반적인 제품에 사용되는 것은 얼마나 제작 비용을 줄이느냐에 달려 있습니다. 휘어지는 전지가 널리 사용되려면 제작비용을 낮춰야 하는 데 회로를 만드는 제작공정에서 어려움이 있기 때문입니다. 하지만 최근 다양한 공정기술이 개발되고 있어 조만간 국내 기술로 만든 휘어지는 고효율 태양전지를 널리 사용할 수 있을 때가 올 것입니다.
이경민 성장기업부(판교)기자 kmlee@etnews.com
