사진 설명=실내조명에서도 전기생산이 가능하도록 설계된 태양전지의 소자구조와 페로브스카이트 광활성층 최적화에 따른 광전변환효율 결과(왼쪽부터)

고려대학교 공과대학(학장 김용찬) 전기전자공학부 심재원 교수와 김태근 교수가 이화여자대학교 김동하 교수와 함께 실내조명에서도 높은 효율로 전력을 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 페로브스카이트 소재를 사용한 이 기술은 LED 실내조명 1000럭스(lx) 하에서 34% 이상의 높은 광전변환효율을 보였다.

건물 내 전력소비에서 실내광이 차지하는 비율은 상당하기에 약 30%만 재활용하여 전력을 생산할 수 있어도 비용 절약 등에서 큰 효과를 낼 것으로 전망된다. 특히 다양한 실내 에너지원(빛, 열, 압력 등) 중 빛(실내광)을 활용한 발전은 에너지원으로의 접근성은 물론 발전 효율에 안정적으로 판단되고 있다.

빛을 전기 에너지로 변환하기 위해서는 태양전지와 같은 광전소자가 필요한데, 상용화 태양전지 중 가장 흔히 사용되는 실리콘 태양전지는 저조도에서 광흡수 능력이 상대적으로 낮아서 흐린 날 또는 실내조명과 같이 빛의 세기가 약한 경우에서는 전기생산이 어려웠다.

하지만 공동연구팀의 새 기술을 통해서 광흡수 특성이 우수한 유기반도체로 실내조명 중 가장 약한 LED 조명에서도 전력 생산이 가능해졌다.

이번 연구에서 사용된 높은 광흡수 특성의 유·무기 하이브리드 페로브스카이트 소재로 제작된 페로브스카이트 태양전지는 저렴한 비용, 가볍고 간단한 제조과정, 유연성 등의 이점으로 차세대 태양전지로 급부상하고 있다.

심재원 교수는 “사물인터넷, 인공지능 등 첨단기술의 수요가 폭발적으로 증가하고 있어 이를 구동 가능하게 하는 전원에 대한 연구 또한 상당한 주목을 받는 상황”이라며 “이번 기술개발로 전원 문제를 해결한 스마트센서 기술이 더욱 폭 넓게 사용될 수 있을 것”이라고 내다봤다.

한편, 한국 연구재단의 기후변화대응기술개발사업, 중견연구자지원사업(도약연구), 리더연구자지원사업(창의연구), 이공학개인기초(기본연구) 등으로 수행된 이 연구결과는 에너지 관련 분야 최고 권위지 중 하나인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’(IF:16.602) 5월 29일자 온라인판에 게재됐다.  / 공과대학신문