▲ 강용태 기계공학부 교수

고려대학교 공과대학(학장 이해근) 플러스에너지빌딩 혁신기술 연구센터(센터장 공과대학 기계공학부 강용태 교수) 연구진이 태양전지의 고질적인 한계인 과열로 인한 효율 및 내구성 저하를 해결할 기술을 제시했다.

태양전지는 햇빛을 받아 광전효과를 통해 전기를 생산하는 기술로 건물 옥상, 벽면 등 어디든 손쉽게 설치할 수 있어 신재생에너지 중 가장 많이 사용된다. 하지만, 낮에는 복사열에 의해 태양전지의 온도가 급격히 상승해 내구성 및 효율이 낮아진다는 고질적인 문제가 있었다.

▲ 사진=자가복구형 패시브냉각 태양전지 구조

이에 강용태 교수 연구팀은 태양광 패널 뒷면에 물이 포화흡착된 제올라이트 13X, 질산암모늄 결정의 박막을 통한 냉각기술을 개발했으며, 발전 기간 동안 전지의 평균 온도를 15℃ 저감하는 데 성공했다. 기존 태양전지의 여름철 발전 평균온도는 59℃에 달하지만, 동일조건에서 본 냉각기술을 적용하면 44℃까지 온도가 낮아져 과열을 해결할 수 있다.

복사열이 공급되면 태양전지의 온도를 올리는 데에 에너지가 사용되는 대신, 제올라이트 13X에서 물이 떨어져 나가는 데에 에너지가 1차적으로 사용되어 냉각되고, 그 후에 떨어져 나간 물이 질산암모늄 결정층을 녹이는 과정에서 주위로부터 열을 빼앗아 태양전지가 2차로 냉각된다. 밤에는 이 과정이 반대로 일어나는 자가복구되는 특성이 있음을 밝혀냈다.

강 교수는 “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 크게 기여할 것”이라고 기대를 전했다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지 ‘Nature Communications;에 현시 시각 4월 25일 자로 게재됐다.     /공과대학신문

* 논문제목: Self-recovering passive cooling utilizing endothermic reaction of NH4NO3/H2O driven by water sorption for photovoltaic cell