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태양전지와 리튬이온 배터리가 한 몸을 이룬 전원(에너지 소자)이 개발된 덕분이다. 이 전원은 태양광뿐 아니라 실내조명 아래에서도 작동해 빛만 있으면 어디서든 전자기기를 이용하게 해준다. 빛이 없는 상황에서도 배터리로 전자기기를 작동시킬 수 있다. 프린팅 방식으로 얇게 만드는 기술이라 활용범위도 넓다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 이상영-서관용 교수팀은 에너지 생산과 저장이 동시에 가능한 ‘태양전지-배터리 일체형 모바일 전원(에너지 소자)’을 개발했다.
고효율 결정질 실리콘 태양전지 모듈 위에 고체형 리튬이온 배터리를 박막으로 프린트하는 방식으로 만든 소자다. 현재까지 보고된 일체형 에너지 소자 중 최고 수준의 광충전 효율(7.61%)을 구현했다.
이상영 교수는 “배터리의 고질적인 문제인 사용 시간 증대와 충전 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술”이라며 “태양광 아래에서는 배터리의 에너지 밀도와 출력 밀도가 높기 때문에 소형 전자기기는 물론 전기자동차용 보조 에너지원으로도 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.
개발된 태양전지-배터리 일체형 에너지 소자는 신용카드 안에 삽입할 정도로 얇았고, 장착된 LED도 켤 수 있어 휴대용 전원으로 활용할 수 있음을 보였다. 태양광 아래에서는 단 2분 만에 배터리 충전이 가능했으며, 태양광보다 조도가 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능했다. 또 60℃의 높은 온도에서도 안정적인 에너지 생산과 저장 능력을 구현할 수 있었다.
이상영 교수는, “태양전지-배터리 일체형 에너지 소자를 얇게 만들고, 태양광 아래서는 별도 충전 없이 배터리를 계속 사용할 수 있다는 점이 주목받고 있다”면서 “스마트폰 등 모바일 전자기기의 사용 시간과 충전에 대한 문제를 동시에 해결할 수 있는 원천기술을 확보했다”고 개발 의의를 설명했다.
미래창조과학부의 ‘신진연구지원사업’, ‘기본연구지원사업’, ‘중견연구자(도약)지원사업’ 및 웨어러블 플랫폼소재 선도연구센터의 지원으로 진행된 이번 연구는 영국 왕립화학회에서 발행하는 세계적인 권위지인 ‘에너지 및 환경 과학지’ 4월호 표지논문으로 출판될 예정이다. /문병도기자 do@sedaily.com
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