변환형 태양전지 창을 개발한 미국
미국 NREL(National Renewable Energy Laboratory) 과학자들이 높은 효율로 태양광선을 전기로 변환하는 써모크로믹 창(thermochromic window)를 개발했다.
이 새로운 창은 회티탄석(perovskites)과 단일벽을 가진 탄소 나노튜브와 같은 첨단재질로 만들었다. 이 기술은 투명한 상태에서 색을 띄는 상태로 변환하는데 열이 작용하며 창이 검어짐에 따라 전기가 발생하게 된다. 색 변화는 장치 내에서 역으로 흡수되는 메틸아민(methylamine) 분자에 의해 나타나게 된다. 태양 에너지가 장치에 열을 가하게 되면 메틸아민 분자를 움직여 나오게 해 장치가 검어지게 된다. 태양이 비치지 않으면 장치는 다시 밝아지게 되고 분자는 다시 흡수되어 투명하게 보이게 된다.
NREL가 개발한 시범용 장치는 투명상태에서 태양광 가시영역 중 평균 68%의 빛을 통과시킨다. 창의 색이 변하더라도 이 비율을 단 3%만 변동하며 시험시 색 변화에는 단 3분이 걸렸다. 지금까지의 태양광 창 기술은 정적(static)이어서 건물 내 사람이 밖을 조망하는데 필요한 가시광선 투과율을 너무 낮추지 않으면서 태양광의 일부만을 활용할 수 있도록 설계된 방식이었다.
NREL측은 기본적으로 좋은 창과 좋은 태양광 셀 사이에는 상호 희생적인 관계가 성립된다면서 이번에 개발된 기술은 이를 뚸어넘었다고 평가했다. 이번에 개발된 태양광 창은 햇빛이 많이 비칠 때는 좋은 태양전지(solar cell)가 되고 햇빛이 많지 않을 때는 좋은 창의 역할을 하게 된다고 밝혔다.
일반 태양광과 같은 강도의 빛을 조사하는 시험에서 시험장치 1 평방센티미터는 투명상태와 어두어진 상태를 오고가는 사이클을 반복했으며 이 사이클이 20번을 지나면서부터 효율이 낮아지기 시작했다. 현재 연구는 사이클의 안전성을 개선하는 것에 초점을 맞추고 있다.
학술지 Nature Communications에 실린 관련 논문은 “Switchable Photovoltaic Windows Enabled by Reversible Photothermal Complex Dissociation from Methylammonium Lead Iodide”으로 태양광의 에너지 변환효율은 11.3%였다. 이 기술은 자동차나 건물 등에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 평가된다. 태양전지 창에서 만들어진 전기는 배터리를 충전해서 스마트폰에 전원을 공급하거나 차량에 장착된 팬, 강우센서나 창문을 열고 닫는 모터 등을 구동할 수 있게 될 전망이다.
