태양전지 효율 향상을 위한 신물질 페로브스카이트을 빠르게 식별하고 최적화된 합금 조합을 찾는 로봇이 개발됐다.
미국 캐롤라이나 주립대 연구팀은 최근 '로보 매퍼(Robo Mapper)'라는 페로브스카이트 태양전지 개발과 테스트에 최적화한 로봇을 개발했다. 태양전지를 구성하는 합금 등 재료 테스트를 사람보다 빠르게 수행하며 태양전지 개발 비용과 에너지 효율을 극대화한다.
태양전지는 광원인 빛 에너지를 전기로 바꿔주는 태양광 발전 핵심 요소다. 친환경적인 태양에너지를 전기 에너지로 변환시키는 기술이다. 큰 장점에도 불구하고 화석연료 대비 에너지 효율과 경제성이 떨어진다는 게 단점으로 지목됐다. 시장 확산이 느린 배경이다.
이에 페로브스카이트 태양전지가 대안으로 주목 받고 있다. 페로브스카이트는 육방면체 구조를 지닌 반도체 물질로 회티타늄석이라고도 불린다. 태양광 한계를 극복하고 태양전지 광전환 효율성을 높일 수 있는 신소재로 주목 받고 있다.
효율성이 높을수록 빛을 많이 흡수해 높은 전류를 만들어내는 등 전기 발전량을 늘릴 수 있다. 페로브스카이트 소재는 플라스틱 등 다양한 기판 위에 유연하게 증착할 수 있으며 건물일체형 또는 차량일체형 태양광 발전을 가능하게 한다는 것도 장점이다.
지금까지 페로브스카이트 테스트를 위해서는 연구원이 샘플을 준비한 다음 각기 다른 장비로 활용해야했다. 데이터 수집을 위한 샘플을 배치하고 정렬 및 보정하는 등 추가 작업으로 시간과 노력이 많이 필요했다.
로보매퍼는 데이터에 기반해 특정 합금 구성을 식별하는 계산모델을 적용, 테스트 프로세스를 자동화했다. 재료 샘플을 최소화해 수십 개 샘플을 동시에 배치하고 테스트를 실시한다. 그 결과, 테스트 시간이 기존 대비 10배 빨라지고 온실가스 배출량도 10배가량 줄어든 것으로 평가된다.
로보매퍼는 테스트 대상인 합금이 태양전지 효율을 높이는 데 적합한지도 확인한다. 합금 구성이 합리적으로 이뤄졌는지 검증하고 효율적인 페로브스카이트 합금 구성을 제시한다.
미국 캐롤라이나주립대는 로보매퍼가 식별한 재료로 개발한 태양전지가 빛을 전기로 변환하는 데 효율적이라고 강조했다.
박종진 기자 truth@etnews.com