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태양광주 춤추게 한 '우주 데이터센터'…시기상조 우려도 교차

우주 태양광 발전 기반 인공지능(AI) 데이터센터에 대한 주목도가 높아지면서 관련 기업들에 대한 기대치가 급상승했다. 동시에 아직 관련 기술 성숙도가 낮은 점을 고려하면 업계 수혜 가능성으로 연결짓기는 시기상조란 우려도 나타난다. 8일 산업계에 따르면 최근 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 태양광을 발전원으로 삼는 우주 데이터센터를 거론하면서 이같은 기대감이 고조됐다. 이런 흐름 속에 한화솔루션, OCI홀딩스 등 국내 태양광 업체들의 주가도 각각 지난 주 동안 50%, 30% 가량 뛰어올랐다. 머스크 CEO는 지난달 스위스 다보스 세계경제포럼(WEF)에서 테슬라와 스페이스X를 합해 태양광 모듈 생산능력(CAPA) 총 200GW를 확보하겠다고 밝혔다. 2024년 기준 미국 전체 태양광 연간 설치량이 50GW 수준인 점을 고려하면 대대적인 태양광 발전 설비 확충을 예고한 것이다. 여기에 본인이 설립한 인공지능(AI) 스타트업 xAI와 스페이스X 간 합병을 지난 2일 발표하면서, 위성 최대 100만기를 활용하고, 태양광 발전으로 가동되는 우주 AI데이터센터를 구상하고 있다고 언급했다. 막대한 전력 수요를 고려할 때 지상 데이터센터와 태양광 발전 인프라 구축 속도와 규모에 한계가 따르는 반면, 우주는 환경적 특성상 24시간 태양광 발전이 가능하다는 점 등이 고려됐다. 우주 태양광 발전이 거론된 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 기술 발전으로 우주 발사 비용이 급격히 낮아지면서, 핵심 난관이던 경제성 문제가 빠르게 해소되고 있다. 우리나라도 한국항공우주연구원이 2022년 우주 태양광 발전 실증 기술 개발에 착수했다. 한국에너지기술연구원과 플렉셀스페이스가 개발한 태양전지가 지난해 11월 4차 발사된 누리호에 실려 우주 환경에서의 실증을 진행 중이기도 하다. 지난 4일 스페이스X와 테슬라가 복수의 중국 태양광 업체들을 만난 사실도 알려졌다. 테슬라·스페이스X 측은 중국 태양광 기업의 차세대 기술과 태양전지 제품인 이종접합기술(HJT), 페로브스카이트 태양전지를 둘러본 것으로 알려졌다. 이에 우주 태양광 발전 투자에 이같은 기술과 제품이 채택될 가능성도 제기된다. 현재 우주용 주류 제품은 갈륨-비소 계열 다중접합 태양전지다. 이는 방사선에 대한 내구성, 높은 에너지 전환 효율 등의 강점을 지니지만 제조 비용이 비싼 편이다. 페로브스카이트는 이런 장점을 갖추면서도 생산 단가를 낮출 수 있을 것으로 기대받는다. 상대적으로 가벼워 발사 비용을 낮추는 데도 유리할 것으로 분석된다. 국내 주요 기업인 한화솔루션도 페로브스카이트를 활용한 우주용 제품 개발을 염두하고 있다. 다만 아직 사업화를 논하긴 이르다는 입장이다. 한화솔루션은 지난 5일 실적발표 컨퍼런스콜에서 페로브스카이트의 우주용 상용화 가능성에 대해 “최우선 과제는 페로브스카이트 양산 핵심 기술의 안정적 확보”라며 “우주용 등 다양한 사업 기회를 검토할 예정이나, 현시점에서 구체적으로 언급할 단계는 아니다”라고 밝혔다. 한화솔루션은 페로브스카이트 탠덤 셀 파일럿 라인에서 양산성을 검증하고 있다. 황성현 유진투자증권 연구원은 지난 6일 한화솔루션에 대한 투자의견을 밝히면서 “발사체 단가가 kg당 1,800달러까지 하락할수록 저렴한 태양광 패널이 필요하다”며 “기존 갈륨형은 효율은 좋지만 비용이 너무 높으며, 향후에는 실리콘과 페로브스카이트 텐덤이 대안이 될 가능성이 있다”고 설명했다. 우주 태양광 기반 데이터센터에 대한 회의론도 만만치 않다. 우선 생산한 전력을 지상까지 송전하는 기술도 전력 손실을 줄이고 안전성도 보장하는 등 고도화가 필요하다. 머스크 CEO는 우주 온도가 낮아 냉각 비용을 줄일 수 있다고 주장했지만, 오히려 진공이라는 특성상 열을 신속히 방출하기 어려워 이를 해결하는 기술도 아직 완성되지 못했다는 지적도 나온다. 여기에 대량의 위성을 활용하게 되면 지구 저궤도가 포화 상태에 이를 것이란 우려도 제기되고 있다.

2026.02.08 08:59김윤희 기자

KAIST-IBM, 반도체 '숨은 결함' 탐지 능력 1000배 더 끌어 올려

KAIST와 IBM연구소가 지난 2019년 네이처에 발표한 포토-홀 효과 후속 연구가 7년 만에 다시 공개됐다. 이번엔 포토-홀 효과를 기반으로 민감도가 기존 대비 1000배나 뛰어난 전자트랩(숨은결함) 탐지 기법을 발표했다. 연구결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재됐다. KAIST는 신소재공학과 신병하 교수와 IBM T. J. 왓슨 연구소 오키 구나완(Oki Gunawan) 박사 공동 연구팀이 반도체 내부에서 전기를 방해하는 결함(전자 트랩)과 전자 이동 특성을 동시에 분석할 수 있는 새로운 측정 기법을 개발했다고 8일 밝혔다. 논문 제1저자로 이 연구에 참여한 KAIST 신소재공학과 김채연 박사과정생은 "차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트에 이 기술을 적용해 기존 방법으로는 검출하기 어려웠던 아주 적은 양의 전자 트랩까지 정밀하게 찾아낼 수 있었다"며 "기존 대비 1,000배 더 민감한 측정 능력을 확보했다"고 말했다. 홀 측정은 전기와 자기장을 이용해 전자 움직임을 분석하는 방법이다. 연구팀은 이 기법에 빛을 비추고 온도를 바꿔가며 측정하는 방식을 더해, 기존에는 확인하기 어려웠던 정보를 얻는 데 성공했다. 빛을 약하게 비추면 새로 생긴 전자들이 먼저 전자 트랩에 붙잡힌다. 반대로 빛 세기를 점점 높이면 트랩이 채워지고, 이후 생성된 전자들은 자유롭게 이동하기 시작한다. 연구팀은 결함이 존재하는 경우 전도도–포토홀 전도도 그래프에서 특징적인 휘어짐(bending)이 나타난다는 점에 주목하고, 이 거동이 쌍곡선(hyperbola) 형태의 수학적 모델로 나타남을 규명했다. 연구팀은 이 기법을 먼저 실리콘 반도체에 적용해 정확성을 검증한 뒤, 실리콘 시료와 할라이드 페로브스카이트 박막 시료에 적용해 유효성을 검증했다. 검증결과 페로브스카이트 박막에서는 기존 정전용량 기반 분석법으로는 검출이 어려웠던 낮은 결함 밀도까지도 분석이 가능했다. 민감도가 1000배 이상 개선됐다는 것이 연구진 설명이다. 김채연 박사과정생은 "이 방법의 가장 큰 장점은 한 번 측정으로 여러 정보를 동시에 얻을 수 있다는 점"이라며 "전자가 얼마나 빠르게 움직이는지, 얼마나 오래 살아남는지, 얼마나 멀리 이동하는지뿐 아니라, 전자의 이동을 방해하는 트랩의 특성까지 함께 파악할 수 있다"고 설명했다. 신병하 교수는 “반도체 안에서 전기 흐름과 이를 방해하는 요인을 하나의 측정으로 동시에 분석할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것"이라며 “메모리 반도체와 태양전지 등 다양한 반도체 소자 성능과 신뢰성을 높이는 데 중요한 도구가 될 것”이라고 말했다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

2026.01.08 09:28박희범 기자

전기차에 붙이면 '끝'…리셀 '차세대 필름형 태양전지' 4종 관심

전기차 차체에 부착해 활용하는 차세대 필름형 태양전지가 모빌리티 혁신성으로 관심을 끌었다. 광주과학기술원(GIST)은 최근 열린 '2025 연구개발특구 과기특성화대학 기술창업투자 경진대회'에서 신소재공학과 이광희 교수가 창업한 교원창업기업 ㈜리셀이 우수상을 수상했다고 11일 밝혔다. 이 행사는 연구개발특구재단과 미래과학기술지주가 공동으로 주관했다. 5개 과기특성화대와 한국산업은행이 참여했다. ㈜리셀은 기존 실리콘 태양전지의 한계를 극복하고 모빌리티에 유연하게 부착할 수 있는 차세대 에너지 필름 '솔라스킨-M(SOLASKIN-M)' 기술로 주목받는 기업이다. '솔라스킨-M'은 초경량·유연·투명한 특성을 지녀 기존 태양전지 적용이 어려웠던 모빌리티 차체, 창호, 인캐빈 등 다양한 표면에 부착 가능하다. 이광희 대표는 활용처 4곳에 활용할 4가지 생산 필름 타입에 대해 자세히 설명했다. 우선 저조도 광전지용 필름(LPV)으로 실내 조명만으로 충전 가능한 타입이 있다. 또 건물일체형 태양전지(BIPV)는 도시 외장재, 건축물 등의 외부에 붙여 에너지를 생산한다. 전기차 선루프에도 이 필름을 부착해 보조 배터리로 활용 가능하다. 이외에 영농형 태양전지(APV)로 스마트 팜이나 온실비닐 등에 부착해 광합성과 전기 생산용으로 활용 가능하다. 에너지 생산량은 가로*세로 100cm 면적에 대략 300w 정도의 전력을 생산한다. 이광희 대표는 "액체 기반 롤투롤(Roll-to-Roll) 연속 공정을 통해 대규모 생산이 가능, 가격 경쟁력과 생산성을 확보했다"고 설명했다. 수상 기업에는 상금과 함께 특구재단이 제공하는 체계적인 성장지원 프로그램이 제공된다. 또 ▲기술·비즈니스 모델 검증 ▲전문가 멘토링 ▴후속 투자 연계 ▲글로벌 시장 진출 지원 등이 포함돼 ㈜리셀의 기술 상용화와 스케일업(Scale-up)에 실질적인 도움이 될 것으로 기대된다. 이광희 대표는 “앞으로 기술 상용화를 가속화하고 전기 수요가 높은 전기차에도 태양전지를 도입해 에너지 생산형 모빌리티 실현에 기여할 것"이라며 "실리콘 태양전지 한계를 뛰어넘는 필름형 태양전지로 모빌리티 혁신을 주도할 것”이라고 덧붙였다.

2025.09.11 15:18박희범 기자

초경량 차세대 태양전지 55억 원에 "우주로"

정부출연연구기관이 개발한 차세대 초경량 태양전지 기술이 우주 전문 기업으로 이전됐다. 한국에너지기술연구원은 27일 부산 벡스코에서 열린 '기후산업국제박람회'에서 우주 태양전지 전문기업 플렉셀스페이스와 초경량 유연 CIGS태양전지 공정 기술과 노하우를 55억 원에 기술이전했다고 밝혔다. CIGS 태양전지는 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 화합물 반도체다. 빛을 효과적으로 흡수해 박막형 태양전지에 최적화된 소재로 꼽힌다. 높은 변환 효율과 화학적 안정성을 갖춰 유리 기판뿐 아니라 다양한 경량·유연 기판에도 적용할 수 있다. 우주용 태양전지는 극한의 우주 환경을 견뎌야 하기 때문에 일반적인 실리콘 태양전지 대신 III-V(갈륨-비소)계 다중접합 태양전지가 주로 사용됐다. 그러나 이 다중접합 태양전지 기술은 미국, 독일 등 일부 국가와 기업이 과점한 상태다. 플렉셀스페이스는 이에 에너지연이 보유한 초경량·유연 CIGS 태양전지 기술을 이전 받아, 소형위성 수명과 성능에 최적화된 초경량 박막 이중접합 태양전지를 공동 개발한 것. 기존 III-V 기반 우주 태양전지 대체시장 개척도 함께 해나가기로 했다. CIGS계 태양전지는 열충격과 방사선에 강하다. 또 초경량 유연 기판 위에 제작할 수 있어 무게와 부피 제약이 큰 인공위성에 수납하기에도 적합하다. 연구팀은 "박막형 태양전지는 대량 생산과 저비용 공정이 가능해 고가 III-V계 우주 태양전지를 대체할 차세대 후보로 주목받고 있다"고 말했다. 에너지연은 그동안 시장적기진입과제 프로젝트를 추진했다. 이 프로젝트 수행 결과물로 세계 최고 수준의 극한 환경용 고성능 초경량 유연 CIGS 태양전지(효율 21.39%)와 초경량 유연 CIGS/페로브스카이트 이중접합 태양전지(효율 23.64%)를 개발했다. 에너지연은 기업 수요 기반으로 기술 간 융합, 스케일업을 추진하는 R&D 과제를 추진해왔다. 지난 2024년부터 총 37건의 시장적기진입과제를 추진, 기술이전 대형 1건을 포함한 총 6건의 성과(총 75억 원 규모)를 올렸다. 또 기술 창업 1건을 완료하고, 현재 5건의 기술이전을 논의 중이다. 플렉셀스페이스는 에너지연의 지원을 받아 우주용 CIGS/페로브스카이트 이중접합 태양전지를 구현하고 실제 위성 적용을 위한 설계 및 생산성 향상 기술 개발을 추진한다. 또 소형위성용 우주 태양전지 시장에서 기존 III-V계 제품을 대체하기 위한 전략을 마련, 세계 우주 시장에 뛰어들 계획이다. 특히, 양 기관이 개발한 태양전지는 올해 11월 발사 예정인 누리호 4차와 연계해 실제 우주 환경에서 실증을 진행한다. 누리호 4차에 탑재되는 큐브위성 'INHARoSAT'(인하대학교 제작)에 공동 개발한 태양전지를 부착, 신뢰성을 검증하고 우주 임무 수행 경험을 확보할 계획이다. 에너지연 이창근 원장은 “우주용 초경량·유연 박막형 태양전지는 뉴 스페이스 시대에 대응하고, 대한민국 우주 안보를 뒷받침할 핵심 부품 기술”이라며, “이번 협력을 통해 차세대 우주 태양전지 시장 개척의 중요한 발판을 마련할 것”이라고 밝혔다. 플렉셀스페이스 노신영 이사는 “플렉셀스페이스는 차세대 고성능 박막 다중접합 태양전지를 통해 급성장하는 우주 태양전지 시장에 혁신적인 솔루션을 제공하고, 향후 양산을 대비한 성능 및 생산성의 지속적 개선을 통해 글로벌 경쟁력을 확보할 것"으로 기대했다. 한편 에너지연은, 이날 태양전지 기술이전을 포함해 ㈜상원이앤아이에 이산화탄소 포집 공정 기술, ㈜이삭에너지에 태양광열 복합 모듈 기술, 크린테크(주)에 열회수 환기장치 기술이전 계약을 체결했다.

2025.08.27 17:40박희범 기자

배터리 없는 전자기기 나오나…"실내 조명으로 전력 공급"

혁신적인 태양광 기술 개발로 앞으로는 전자제품들이 배터리 없이 작동할 수도 있을 것으로 보인다. 과학전문매체 라이브사이언스는 영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 재료발견연구소 연구진이 개발한 새로운 태양전지 기술을 최근 보도했다. 보도에 따르면 이 새로운 태양전지는 실내 조명에서 전력을 모을 수 있다. 연구진은 앞으로는 실내 조명만으로 키보드나 알람, 센서와 같은 장치에 전력을 공급할 수 있게 될 것이라면서 "이번 발견이 폭넓은 활용 가능성을 가지고 있다"고 설명했다. 연구진은 페로브스카이트를 사용한 태양전지로 전력을 모았다. 이 소재는 이미 다른 태양전지에 사용되고 있으며, 전력 효율이 실리콘 기반 태양광 패널의 6배 수준이다. 페로브스카이트는 기존 방식보다 저전력 주변광을 더 효율적으로 흡수해 실내용에 적합하다고 연구진은 설명했다. UCL 재료발견연구소의 에너지 소재 부문 조교수이자 이 연구의 공동 저자인 모즈타바 압디 잘레비는 “장기적으로 페로브스카이트 기반 태양전지가 배터리에 비해 더 지속 가능하고 비용 효율적인 대안이 될 것”이라고 밝혔다. 그는 "소량의 에너지를 필요로 하는 수십억 대의 기기가 배터리 교체에 의존하고 있는데, 이는 지속 불가능한 방식이다. 사물인터넷(IoT)이 확대됨에 따라 이 숫자는 더 증가할 것"이라고 덧붙였다. 또 “현재 실내 조명으로부터 에너지를 수집하는 태양전지는 비싸고 비효율적이다. 이번에 개발한 페로브스카이트 실내 태양전지는 상용 태양전지보다 훨씬 많은 에너지를 수확할 수 있으며, 다른 시제품보다 내구성이 뛰어나다. 이는 주변광을 이용해 구동하는 전자기기의 길을 열어준다”고 밝혔다. 페로브스카이트는 이미 태양광 패널에 사용되는 인기 소재로 자리 잡고 있으며, 실리콘 기반 소재에 비해 뚜렷한 이점이 있다. 하지만, 안정성과 수명 측면에서 몇 가지 단점을 가지고 있었다. 그 중 핵심 요인은 페로브스카이트 결정 구조의 미세한 결함인 '트랩(trap)'에 있다. 이 트랩은 재료 내부의 아주 작은 흠집이나 홈에 전자를 갇히게 하여 에너지 활용을 방해한다. 또 비선형적인 전하의 흐름을 유도해 시간이 지나면서 재료의 악화(degradation)를 가속화한다. 이를 해결하기 위해 연구진은 루비듐클로라이드 등의 여러 화학물질을 조합하여 결함의 크기를 줄였다. 연구진은 이 문제를 해결한 후 이 태양전지가 밝은 사무실에 해당하는 약 1천룩스의 조명 하에서 실내 조명의 37.6%를 전기로 변환한다는 것을 발견했다. 또한 내구성도 향상돼 태양전지는 100일 간 성능의 92%를 유지하는 것으로 나타났다. 이와 대조적으로, 변형을 가하지 않은 대조군은 초기 성능의 76% 가량만 유지했다. 잘레비 교수는 "페로브스카이트 태양 전지의 장점은 특히 저렴하다는 것이다. 지구상에 풍부한 재료를 사용하고 간단한 가공만 거치면 된다. 신문 인쇄처럼 인쇄할 수도 있다"고 밝혔다. 해당 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 저널에 실렸다.

2025.08.26 10:19이정현 기자

휴대폰에 배터리 사라질까…UNIST, 고효율 유기태양전지 공개

빛을 전기로 바꾸는 효율이 10%가 넘는 반투명 유기태양전지가 개발됐다. 향후 상용화 과정을 거치면, 창문이나 모바일 기기 화면에 이를 붙여 전기 생산도 가능해질 전망이다. UNIST는 에너지화학공학과 양창덕 교수팀이 10.81% 광전변환효율과 45.43% 가시광선 투과율을 기록한 반투명 유기태양전지를 공개했다고 15일 밝혔다. 이 태양전지는 적외선만을 선택적으로 흡수하도록 설계했다. 고성능 광활성층을 입혀 광에너지 흡수율을 최대한 높였다. 광활성층은 태양광 중 우리 눈에 보이는 가시광선 대역은 절반 가까이 통과시키고, 보이지 않는 적외선 대역을 흡수해 전기를 만든다. 적외선을 흡수해 발전하면 고에너지 가시광선을 흡수하는 것보다 광전변환효율이 낮아지기 마련인데, 광활성층의 수용체 분자 구조를 새롭게 설계해 이 문제를 해결했다. 유기태양전지의 광활성층은 전자를 주는 '공여체'와 전자를 받는 '수용체' 분자로 구성된다. 연구팀이 합성한 '4FY' 수용체 분자는 전체적으로는 A–D–A 구조의 대칭형이지만, 불소와 수소, 불소와 황 사이에서 발생하는 국소적인 비대칭적 상호작용이 일어나도록 설계됐다. 이러한 분자 구조는 분자 간 정렬도를 개선하고, 전하 이동 경로를 확보해 전지 효율을 높인다. 제1저자인 양상진 연구원은 “비대칭성은 전지 효율을 높이지만 수명이 짧고 합성이 어려운 문제가 있는데, 분자 구조 내에 국소적인 비대칭성을 유발해 대칭성과 비대칭성의 장점을 모두 살린 분자 구조”라고 설명했다. 이 전지는 주야간 조건을 반복하는 실외 환경을 모사해 총 134시간 동안 '다이얼 사이클(일주기) 안정성 테스트'를 수행했을 때 초기 성능의 대부분을 유지하며 높은 내구성을 입증했다. 이는 기존 Y6 수용체 분자 기반 반투명 태양전지 대비 수명이 약 17배 향상됐다. 양창덕 교수는 “눈에 보이지 않는 빛으로 전기를 만드는 새로운 방식의 태양전지를 제시한 것”이라며, “스마트폰 보호필름, 건물 유리창, 투명 디스플레이 등 다양한 환경에서 '보이지 않는 발전소'를 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 앙게반테케미(Angewandte Chemie International Edition) 6월 10일자에 게재됐다. 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 연구를 진행했다.

2025.06.15 09:55박희범 기자

달 먼지로 태양전지 만든다…"운송비용 99% 절감" [우주로 간다]

달 표면에 쌓여있는 미세한 모래먼지 '레골리스(regolith)'로 우주에서 전기를 만드는 태양전지를 만드는 방법이 개발됐다고 IT매체 기가진이 7일(현지시간) 보도했다. 독일 포츠담대학 펠릭스 랑 박사가 이끄는 연구진은 달 레골리스 모사체를 녹여 만든 '문글래스(moonglass)'와 값싸고 에너지 전환 효율이 높은 '페로브스카이트(perovskite)'를 결합해 안정적인 태양전지를 개발했다. 펠릭스 랑은 “달에서 물을 추출해 연료를 만드는 것부터 달 벽돌로 집을 짓는 것까지 과학자들은 달 먼지를 사용하는 방법을 연구해 왔다”며, “이제 태양전지로도 전환해 미래 달 도시에 필요한 에너지를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 기존 태양전지는 지구에서 생산된 유리를 사용하는데 이는 상대적으로 무거워 발사비용이 높아질 수 있다. 따라서 달에서 달에 있는 재료로 태양전지를 제조하는 것은 매력적인 방법이다. 우주에서 일반 유리를 사용할 경우 갈색으로 변해 들어오는 햇빛을 일부 차단하기 때문에 태양전지의 효율이 떨어진다. 하지만, 문글래스는 이미 레골리스의 불순물로 인해 자연스러운 갈색을 띠고 있어 더 이상 갈색으로 변하지 않으며 방사선에 더 강하다는 장점이 있다. 하지만, 문글래스로 만든 태양전지의 단점은 효율성이다. 우주에서 사용되는 기존 태양전지의 전력 효율성은 30~40% 사이이나, 문글래스 기반 태양전지의 현재 효율성은 10%에 불과하다. 하지만, 연구진은 문글래스의 불순물을 제거해 효율성을 최대 23%까지 높일 수 있다고 밝혔다. 하지만 그렇지 못하더라도 효율성이 낮다는 것이 반드시 문제가 되는 것은 아니다. "초고효율 30% 태양전지는 필요 없다. 달에서 더 많이 만들면 된다"고 연구진은 덧붙였다. 달에서 태양전지를 만들면 지구에서 재료를 싣고 가는 질량과 비용이 줄어들어 재료 운송 무게의 99%를 절감할 수 있고 운송비용도 99% 줄일 수 있다. 그 결과 지구에서 우주로 발사하는 무게 1g당 발전량이 최대 100배로 증가한다고 연구팀은 밝혔다. 연구진은 달의 저중력 환경 하에서 문글래스 형성이 잘 되는 지를 확인해야 하며 급격한 온도 변화가 재료 안정성을 위협하는 지 등 확인해야 할 과제가 있다며, 향후 이 아이디어의 실현 가능성을 알아보기 위해 실제로 달에서 태양전지 생산을 테스트하고 싶다고 밝혔다. 제프 베조스의 우주탐사기업 블루오리진도 2023년 달에서 태양전지를 만드는 방법을 개발한 적 있다. 블루 오리진은 달 먼지를 모방한 물질을 만들어 여기에 극한의 열과 전기로 핵심재료를 추출한 후 태양광과 반응기를 사용해 태양전지를 만들었다.

2025.04.07 14:23이정현 기자

1조분의 1초에 사라지는 빛…전기로 증폭·변환 첫 성공

국내 연구진이 플라즈모닉 금속 나노 구조체에서 피코초(1조분이 1초)동안 존재하다 사라지는 빛을 전기 및 화학 에너지로 변환하는 방법을 찾았다. 차세대 태양전지나 광촉매, 수소 생산 등에 응용이 가능할 전망이다. KAIST(총장 이광형)는 화학과 박정영 석좌교수 연구팀은 핫홀(hot hole) 흐름을 증폭시키고 이를 실시간 국소 전류 분포 맵핑을 통해 광전류 향상 메커니즘을 성공적으로 규명했다고 12일 밝혔다. 이 연구는 인하대 신소재공학과 이문상 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다. 빛이 금속 나노 구조체에 닿으면 순간적으로 생성되는 플라즈모닉 핫전하(plasmonic hot carrier)는 광에너지를 전기 및 화학에너지 같은 고부가가치 에너지원으로 변환하는 중요한 매개체이다. 이 중 핫홀(hot hole)은 광전기화학 반응에 효율을 증폭시키지만 피코초(1조분의 1초) 수준의 극초단 시간 내에 열적으로 소멸되어 실용적인 응용이 되기 어려웠다. 연구팀이 바로 이 핫홀을 더 오래 유지하고 흐름을 증폭시키는 기술을 개발한 것 연구팀은 금속 나노 그물망을 특수한 반도체 소재(p형 질화갈륨) 기판 위에 배치한 나노 다이오드 구조를 만들어 기판 표면이 핫홀 추출을 촉진하도록 설계했다. 그 결과, 핫홀 추출 방향과 동일한 질화갈륨 기판에서는 다른 방향의 질화갈륨 기판보다 핫홀의 흐름 증폭 효과를 약 2배 증가시켰다. 또한, 핫홀의 흐름이 주로 금 나노 그물망에 빛이 국소적으로 집중되는 '핫스팟' 에서 강하게 활성화되지만, 질화갈륨 기판의 성장방향을 바꿈에 따라 핫스팟 이외의 영역에서도 핫홀의 흐름이 활성화되는 현상을 확인했다. 박정영 교수는 “나노 다이오드기법을 이용해 핫홀의 흐름을 처음으로 제어했다"며 "이를 이용하여 다양한 광전소자 및 광촉매 응용에 혁신적인 기여를 할 수 있을 것"으로 예상했다. 박 교수는 "태양광을 이용한 에너지 변환 기술(태양전지, 수소 생성 등)에 획기적인 발전을 가져올 것"이라며 "실시간 분석 기술을 개발, 초소형 광전소자(광센서, 나노 반도체 소자) 개발에 응용이 가능하다”고 말했다.

2025.03.12 08:57박희범 기자

효율 손실 최소화한 고효율 차세대 태양광 기반기술 나와

건국대학교는 화학공학부 문두경 교수 연구팀이 유기 태양전지(OSC) 모듈에서 발생하는 효율 저하 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 1월호에 게재됐다. 유기 태양전지는 가볍고 유연하고 대량 생산이 가능해 차세대 태양광 발전 기술로 주목받고 있지만 소형 단위셀에서는 높은 효율을 기록하는 반면에 대면적 모듈로 확장하면 효율이 급격히 감소하는 문제가 있다. 연구팀은 전하 수송 경로의 불균일성과 박막 형성의 비균질성, 저항 증가 및 재결합 손실 등의 기술적 한계 때문에 효율이 저하돼 유기 태양전지의 상업화를 가로막는 대표적인 문제로 지적되고 있다고 전했다. 연구팀은 광활성층의 사전 응집 제어 기법을 활용해 고분자 사슬 얽힘 효과를 유도하는 방식을 적용해 균일한 박막 구조를 형성하고 전하 이동 경로를 최적화하는 데 성공했다. 그 결과, 단위셀(0.04cm²)에서 광전변환효율(PCE) 17.82%를 기록했고 대면적 모듈(30.24cm²)에서도 13.49%의 높은 효율을 달성했다. 대면적 모듈에서 필연적으로 발생하는 셀-투-모듈(CTM) 효율 손실이 기존 26.3%에서 24.3%로 감소하는 성과를 거뒀다. 문두경 교수 연구팀은 “유기 태양전지를 상용화하려면 대면적 공정에서도 높은 효율을 유지하는 것이 필수적”이라며 “이번 연구에서 개발한 사전 응집 제어 기법을 활용하면 유기 태양전지 모듈에서 발생하는 대표적인 문제인 저항 증가와 비균질한 박막 형성 문제를 해소할 수 있다”고 설명했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구에서 대면적 유기 태양전지 모듈에서 필연적으로 발생하는 효율 저하 문제를 해결하는 실질적인 접근법을 제시했다”며 “앞으로 롤투롤(Roll-to-Roll) 프린팅 등 대량 생산 공정과 결합해 상용화 가능성을 더욱 높일 것”으로 기대했다. 연구에는 건국대 화학공학부 김예찬 박사과정생이 제1저자로, 전성재 박사, 한용운 박사, 양남규 박사과정생, 김지연 박사과정생이 공동 참여했다. 과학기술정보통신부의 공공연구성과 가치창출 기술키움 사업, 산업통상자원부의 에너지인력양성 사업의 지원을 받았다.

2025.02.12 18:12주문정 기자

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