밤에도 전기 생산하는 태양전지 소자

밤에도 전기 생산하는 태양전지 소자

 

국내 연구진이 낮에는 태양 빛을 이용하는 태양 전지로 사용하고, 밤에는 바람이나 인간의 움직임 같은 물리적 진동의 압전 효과로 전기를 생산하는 새로운 개념의 에너지 수확 소자를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 광전 소재 연구단 송진동 박사팀은 2018년 09월 03일 연세대 물리학과 조만호 교수팀과 함께 태양 전지용으로 사용되는 나노선 구조 반도체의 원자 구조 배열을 압전 현상이 발생하는 구조 배열로 조절하는 데 성공, 태양 전지와 압전 소자로 동시에 사용할 수 있는 물질을 개발했다고 밝혔다.

 

기존의 에너지 수확 기술은 바람이나, 인간의 움직임, 심장 박동 등 물리적 진동을 전기로 바꾸는 압전 소자를 개발하거나 태양 전지용 물질인 실리콘(Si)기반 반도체 물질 등의 광전자 효율을 높이는 방향으로 진행됐다. 송진동 박사팀은 나노선 기반의 고효율 태양 전지 연구 과정에서 화합물 반도체(InGaAs) 일부분의 원자 구조 배열이 압전 효과를 일으킬 수 있는 구조임을 발견, 나노선 내 원자 격자 구조를 모두 압전 효과 구조로 변경하는 연구를 수행했다.

 

연구진은 화합물 반도체(InGaAs)의 나노선 형성 중 성장 과정의 매개 변수를 재설계해 만든 새로운 구조의 나노선이 외부 압력에 의해 기울어졌을 때, 압전 전류가 흐르는 것을 확인했다. 이는 하나의 물질에서 압전 효과와 광전압 효과를 모두 거둘 수 있는 가능성을 입증한 것으로 낮에는 주로 태양 전지로 사용하고 빛이 없는 밤에는 압전으로 에너지를 흡수하는 방식으로 에너지를 만들 수 있음을 뜻한다.

 

연구진은 이 연구 결과가 향후 주변 스마트 센서의 전력 공급 장치로 이용하고, 빛과 소리를 동시에 기록하는 새로운 입력 소자로도 활용하는 등 응용 및 활용 범위가 넓을 것으로 전망하고 있다. 송진동 박사는 "이번 연구 결과가 차세대 스마트 센서의 전력 공급원으로 활용되기를 기대한다"며, "향후 외투 같은 웨어러블 장비에 응용된다면, 사람 주변에 장착된 센서를 작동시키는 전원 역할도 할 수 있을 것"이라고 말했다. 한국과학기술연구원(KIST) 고유 사업으로 수행된 이 연구 결과는 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy)에 게재됐다.