<사이언스>지에 게재된 새로운 연구 논문에 따르면 태양에너지의 미래는 하이브리드 유기-무기 페로브스카이트에 있다고 한다. 이 물질은 불완전하지만 순수한 실리콘을 능가하는 성능을 낼 수 있다는 것이다.
그 원리를 알기 위해서는 기존 태양전지의 내부를 볼 필요가 있다.
유리판과 반사방지 코팅 뒤에는 두 장의 얇은 실리콘이 있다. 위쪽의 실리콘에는 전자가 잉여 상태고고, 아래쪽의 실리콘에는 부족하다. 빛 입자가 위쪽 실리콘을 통과하면, 잉여 전자가 떨어져 나온다. 이 전자들이 아래쪽 실리콘을 통과해 태양전지 내에 들어있는 금속판을 타고 흐르게 된다. 그 다음 이 전자들은 전선을 타고 최종목적지인 휴대전화, 랩탑, 전기자동차 등으로 향하게 된다.
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2009년, 일본 과학자들은 실리콘을 하이브리드 유기-무기 페로브스카이트(HOIP)로 교체할 수 있음을 알았다. 실리콘과는 달리, HOIP는 결함이 많아도 잘 작동한다.
이는 대단한 일이다. 이론상으로 실리콘은 태양광 에너지의 33%를 전력으로 바꿀 수 있다. 하지만 그마저도 오랜 시간 동안 엄청난 연구 개발 노력을 한 끝에 비로소 가능한 것이었다. 그러나 반면 HOIP의 발전 효율은 불과 10년도 안 되는 사이 4%에서 22%로 높아졌다. 이 연구는 HOIP의 이론적 발전 효율 한계가 훨씬 높을 수 있음을 암시하는 것이다.
컬럼비아 대학의 박사과정생이자 이 연구의 공동저자인 프랙리티 조시는 “태양전지의 효율은 지금의 두 배로 늘어날 수도 있습니다.”고 주장한다.
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컬럼비아 대학의 화학과 교수이자 이 연구의 공동 저자인 시아오양 주는 이렇게 말한다.
“이 연구를 통해, 태양 전지의 효율을 사람들이 생각하는 것 이상으로 높이 끌어올릴 수 있음이 입증되었습니다.”
하지만 문제도 있다. HOIP에는 납이 들어있는데다가 수용성이다. 즉 비를 맞으면 녹아서 지면에 납을 유출시켜 상수원을 오염시킬 수 있다. 그러나 과학자들은 이번 연구를 통해 얻은 시각으로, 환경친화적인 유사 HOIP를 만들 수 있을 거라고 말한다.
“이제 우리는 모두가 걱정하는 문제를 해결한 환경친화적인 소재를 설계할 수 있습니다. 이 원리를 응용하면 태양에너지 확보에 필요한 신소재를 설계할 수 있습니다.”
이로서 과학자들은 매우 먼 마라톤의 결승점에 들어섰다. 태양에너지는 광막한 우주 공간을 1억 5천만 km나 지나서 지구의 태양전지 위에 내려앉는다.
그 여정의 마지막 지점이라 할 수 있는 두 장의 얇은 실리콘 막은, 여정 전체에서 제일 나아가기 어려운 부분이었다. 이제 순도는 낮지만 더욱 효율이 뛰어난 소재가 더 많은 태양에너지를 전력으로 바꾸어 각 가정을 더욱 밝게 밝혀줄 것이다.
서울경제 파퓰러사이언스 편집부/by jeremy deaton nexus media