고려대, 태양전지의 고질적 한계 ‘과열현상’ 해결책 찾았다

▲ 자가복구형 패시브냉각 태양전지 구조 (자료=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 고려대학교(총장 김동원) 플러스에너지빌딩 혁신기술 연구센터(센터장 공과대학 기계공학부 강용태 교수) 연구진이 태양전지의 고질적인 한계인 과열로 인한 효율 및 내구성 저하를 해결할 기술을 제시했다.

이번 연구결과는 세계적 권위 학술지 ‘Nature Communications’에 현지 시간 4월 25일자로 게재됐다. (논문제목: Self-recovering passive cooling utilizing endothermic reaction of NH4NO3/H2O driven by water sorption for photovoltaic cell)

태양전지는 햇빛을 받아 광전효과를 통해 전기를 생산하는 기 건물 옥상, 벽면 등 어디든 손쉽게 설치할 수 있어 신재생에너지 중 가장 많이 사용된다. 하지만 낮에는 복사열에 의해 태양전지의 온도가 급격히 상승하여 내구성과 효율이 낮아진다는 고질적인 문제가 있다.

강용태 교수팀은 태양광 패널 뒷면에 물이 포화흡착된 제올라이트 13X, 질산암모늄 결정의 박막을 통한 냉각기술을 개발했으며, 발전기간 동안 전지의 평균 온도를 15 oC 저감하는데 성공했다. 기존 태양전지의 여름철 발전 평균온도는 59 oC에 달하지만 동일조건에서 본 냉각기술을 적용하면 44 oC까지 온도가 낮아져 과열을 해결할 수 있다. 복사열이 공급되면 태양전지의 온도를 올리는 데에 에너지가 사용되는 대신, 제올라이트 13X에서 물이 떨어져나가는 데에 에너지가 1차적으로 사용되어 냉각되고, 그후에 떨어져나간 물이 질산암모늄 결정층을 녹이는 과정에서 주위로부터 열을 빼앗아 태양전지가 2차로 냉각된다. 밤시간에는 이 과정이 반대로 일어나는 자가복구되는 특성이 있음을 밝혀냈다.

강용태 고려대 교수(사진)는 "지구온난화에 대응하기 위해 그리드 에너지 사용량을 줄이고자 태양전지가 미래기술로 각광을 받고 있지만, 태양전지의 온도상승으로 인한 효율 및 내구성 저하가 큰 기술장벽이었다. 이번 연구결과를 새로운 태양전지 소자개발과 함께 접목하면 기후변화 완화에 큰 기여할 것"이라고 기대했다.