고려대 플러스에너지빌딩 연구센터, 자가복구형 패시브 냉각기술로 태양전지의 '과열 현상' 막는다

자가복구형 패시브냉각 태양전지 구조

고려대 플러스에너지빌딩 혁신기술 연구센터가 태양전지의 고질적 한계인 ‘과열 현상’을 해결할 기술 개발에 성공했다. 신재생에너지 생산의 핵심 기술인 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있다. 화력이나 원자력 발전소에서 전기를 생산하는 방식보다 친환경적이라고 평가받는다.

고려대에 따르면 연구센터장인 강용태 교수(사진) 연구팀의 이 같은 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications)에 지난달 25일 게재됐다.

태양전지는 햇빛을 받아 광전 효과를 통해 전기를 생산하는 만큼 건물 옥상, 벽면 등 어디든 손쉽게 설치할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 낮에는 복사열에 의해 태양전지 온도가 급격히 올라 내구성과 효율성이 낮아지는 문제가 있다. 이를 해결할 기술을 개발한 것이다. 개발한 내용은 태양광 패널 뒷면에 물이 포화 흡착된 제올라이트 13X, 질산암모늄 결정의 박막을 통한 냉각기술이다. 발전 기간 전지의 평균 온도를 15도 내릴 수 있다. 기존 태양전지의 여름철 발전 평균온도는 59도에 달하지만, 같은 조건에서 이 냉각기술을 적용하면 44도까지 떨어뜨려 과열을 해결할 수 있다. 복사열이 공급되면 제올라이트 13X에서 물이 떨어져 나가는 데 에너지가 일차적으로 냉각되는 방식으로 사용된다. 그 후 떨어져 나간 물이 질산암모늄 결정층을 녹이는 과정에서 주위로부터 열을 빼앗아 태양전지가 2차로 냉각된다.

밤에는 이 과정이 반대로 일어나 자가 복구되는 특성을 밝혀냈다. 기존에는 태양전지 과열을 해결하기 위해 고체가 액체로 녹을 때 열을 흡수하는 원리를 이용한 상변화물질 연구가 진행됐다. 하지만 이 과정은 가격이 비싸 상용화에 한계가 있었다.

강 교수팀이 개발한 자가 복구형 패시브 냉각 기술은 상변화물질 대비 성능이 15배 뛰어날 뿐 아니라 가격도 훨씬 저렴하다. 강 교수는 “이번 연구 결과를 새로운 태양전지 소자 개발에 접목하면 기후변화 완화에 크게 기여할 것”이라고 기대했다.

최형창 기자 calling@hankyung.com