바람만 불어도 태양전지 표면 알아서 청소…태양광 발전 성능 저하 막는다

DGIST·삼성전자 공동 연구진
‘전기역학 스크린’ 기술로 오염물 이동시켜
강한 바람으로 고전압 만들어 스스로 작동

대구경북과학기술원(DGIST)과 삼성전자 생산기술연구소 연구진이 바람을 이용해 태양전지의 표면 오염을 예방·제거하는 기술을 개발했다. 친환경 에너지원으로 주목받는 태양전지의 성능 향상에 활용할 수 있는 기술이다./대구경북과학기술원

국내 연구진이 태양전지의 오염으로 인한 성능 저하를 막는 기술을 개발했다. 별도의 에너지원 없이도 바람을 이용해 전지 표면을 청소하는 방식이다. 친환경 에너지원인 태양전지의 효율을 높이고 기후변화를 막는 데 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수가 이끄는 연구진은 31일 삼성전자 생산기술연구소와 공동으로 태양전지의 성능을 떨어뜨리는 표면 오염을 제어하는 소자 기술을 개발했다고 밝혔다.

태양전지는 햇빛을 이용해 전기에너지를 만드는 기술로 발전 과정에서 오염물질을 배출하지 않아 친환경에너지 기술로 주목받고 있다. 다만 전지를 사용하면서 쌓이는 오염물질로 인해 햇빛의 전달량이 감소하고 전력 생산량이 급격히 감소해 주기적인 유지보수가 필요하다는 문제가 있다.

현재는 태양전지의 성능을 유지하기 위해 고압수를 이용해 표면의 먼지를 제거하거나 직접 사람이 관리를 해야 한다. 사막이나 산악처럼 사람이 직접 관리하기 어려운 지역이나 우주 같은 극한 환경에는 인력 투입이 불가능해 태양전지의 표면 오염을 예방하거나 자동으로 제거하는 기술이 활발히 연구되고 있다.

연구진은 전극에 고전압을 발생시켜 입자를 이동하게 하는 ‘전기역학 스크린’ 기술을 이용해 태양전지의 성능을 최적의 상태로 유지할 수 있게 했다. 이전에도 전기역학 스크린을 태양전지에 적용하려는 시도가 있었으나 교류 전류와 강한 전압이 필요해 태양전지 발전량을 저해하는 문제가 있었다.

연구진은 버려지는 에너지를 재활용하는 ‘에너지 하베스팅’ 기술을 전기역학 스크린에 적용해 이런 문제를 해결했다. ‘마찰대전 발전소자’를 이용해 마찰력으로 강한 전압을 만들어 표면 청소에 활용하는 방식이다.

마찰대전 발전소자의 작동에 필요한 마찰력은 바람에 의해 발생하는 회전에서 얻었다. 바람에 의해 회전하는 형태로 소자를 만들고 이를 통해 강한 전압을 내도록 했다.

소자의 회전 속도와 전압의 관계를 분석한 결과, 강한 바람이 불 때는 최대 2300V의 고전압이 만들어지는 것으로 나타났다. 이렇게 개발한 소자로 ‘자가발전형 전기역학 스크린’을 만들어 태양전지에 적용하자 표면의 오염을 제거해 출력을 90% 이상 회복할 수 있는 것도 확인했다.

이 교수는 “바람에너지를 전기에너지로 변환해 태양전지 표면 오염을 방지하거나 제거하는 기술”이라며 “기술을 더욱 발전시켜 친환경적인 방법으로 미래 에너지원인 태양에너지의 효율을 극대화할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘나노 에너지’에 이달 4일 소개됐다.

참고자료

Nano Energy, DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109257

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