[오철우의 과학풍경] 가볍고 유연하고 투명한 햇빛발전소

투명하고 얇은 태양전지 기술이 최근 빠르게 발전하면서 머잖아 햇빛이 닿는 곳 어디에서나 쉽게 태양광 발전을 할 수 있는 날이 오리라는 기대가 커진다. 최근에는 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진이 평면 아닌 건물이나 텐트 같은 곳에도 손쉽게 부착할 수 있는 얇고 휘어지는 초박형 태양전지 제조 기술을 개발했다. 매사추세츠공대 제공

오철우 | 한밭대 강사(과학기술학)

‘태양광과 풍력 발전은 다음 5년 동안 두배 넘게 성장하고 태양광은 발전 설비용량에서 2027년께 석탄을 넘어 제1 발전원이 될 것이다.’

얼마 전 국제에너지기구(IEA)는 연례보고서 ‘재생에너지 2022’에서 재생에너지의 거침없는 성장을 이렇게 전망했다. 아마도 그때쯤이면 태양전지는 아주 다양한 모습으로 우리 일상과 함께하지 않을까. 유리와 알루미늄 프레임에 싸여 무겁고 딱딱한 평판 구조의 실리콘 태양전지와 더불어 얇고 유연하고 투명한 태양전지를 거리의 건물 외벽, 창문, 자동차 등에서 쉽게 볼 수 있는 날이 가까운 미래에 다가올 듯하다.

지난달 <사이언스>는 ‘태양에너지 유연해지다’라는 제목의 기획기사에서 무기물인 실리콘 태양전지보다 출발이 늦은 유기 태양전지(OPV) 기술 분야에서 최근 몇년 새 일어난 괄목할 만한 진전에 주목했다. 성능은 전통적인 실리콘 태양전지에 비해 뒤처지지만 얇고 유연하고 투명하다는 장점을 살릴 수 있는 유기 태양전지는 점차 고층 건물 외벽과 창문 같은 새로운 공간에서 햇빛발전소를 구현하고 있다. 이 분야 기술기업인 독일 헬리아테크는 <사이언스>에서 “모든 건물을 전기 생산 건물로 바꾸는” 상상을 이야기한다.

연구개발은 국내외에서 활발하게 이어진다. 최근에도 머리카락 두께보다 얇고 유연하면서도 전력 생산이 뛰어난 초박막 태양전지가 개발됐다는 소식이 전해졌다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진은 학술지 <스몰 메소드>에 발표한 논문에서 안정성과 효율성을 높인 유기 태양전지 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 실리콘 태양전지에 비해 무게를 100분의 1로 줄인데다 얇고 유연해 다양한 형태로 제조할 수 있기에, 평면이 아닌 건물 외벽이나 지붕, 보트 돛, 텐트, 전기자동차, 드론을 비롯해 햇빛이 닿는 곳이면 어디에나 붙여 쓸 수 있으리라는 기대가 나온다. 연구진은 “태양전지 카펫을 간단히 펼쳐 태양광 발전을 할 수 있는 시대”를 상상한다.

세계경제포럼(WEF)의 온라인 뉴스 기사는 “세상에는 유리 창문이 너무 많기에 투명 태양전지의 잠재력은 엄청나다”며 수많은 건물 창문이 햇빛발전소가 되는 날을 상상한다. 투명한 유기 태양전지는 자외선과 적외선만 흡수하고 가시광선은 투과해 보통의 투명 유리처럼 보인다.

전문가들은 무기와 유기 태양전지는 저마다 장점을 살려 활용될 것으로 전망한다. 가볍고 얇고 때로는 투명한 유기 태양전지는 무겁고 딱딱한 실리콘 태양전지가 들어서기 힘든 틈새 공간에서 확산할 것이다. 햇빛은 우주 공간의 인공위성에서 일찌감치 중요한 에너지원이었듯이 지구 행성의 에너지 전환 시대에 우리에게 가장 중요한 에너지원으로 자리를 잡아가고 있다.