[독일] 태양전지, 장미 꽃잎을 복제

식물의 표면을 닮은 표면을 가진 태양전지는 빛 하베스팅을 개선하고 더 많은 전력을 생성한다. 독일의 KIT(Karlsruhe Institute of Technology)는 좋은 반사 특성을 가진 장미 꽃잎의 표피세포를 재생하고 유기 태양전지에 투명 복제본을 통합했다. 이로써 12%의 효율성 증가를 이루었다.

태양전지는 식물의 광합성과 유사한 방식으로 작동한다. 빛 에너지를 흡수하고 에너지를 다른 형태로 변환된다. 이 과정에서 태양광 스펙트럼의 상당량을 사용하고 태양의 위치에 따라 각도가 변함에 따라 다양한 입사각으로부터 빛을 흡수하는 것이 중요하다. 식물은 오랜 진화 과정의 결과로서 이러한 능력을 갖고 있다.

태양광 연구자들은 넓은 흡수 스펙트럼과 높은 입사각을 허용하는 태양전지를 개발할 때 자연계를 자세히 관찰하였다. 연구진들은 태양전지 효율을 높이기 위해 태양전지의 앞면에 고등식물의 표피를 통합했다. 연구진들은 광학적 특성, 서로 다른 식물의 표피세포의 반사 방지 효과를 살펴보았다. 이러한 특성은 강한 색상 대비를 제공함으로써 수분의 기회를 증가시키는 장미 꽃잎에서 보여진다. 넓은 면적에 걸쳐 표피세포의 구조를 복제하기 위해 polydimethylsiloxane으로 만들어진 금형에 옮겼다.

연구진들은 유기 태양전지에 장미 꽃잎 표피의 투명 복제본을 통합했다. 결과적으로 수직 입사광에 대해 12%라는 전력 변환 효율 증진 효과가 있었다. 매우 낮은 입사각에서도 효율 증가도 높았다. 이는 80도의 광 입사각에서도 5% 이하로 표면 반사를 줄일 수 있는 복제 표피의 특성 때문이다. 또한 모든 하나의 복제 표피 세포는 마이크로렌즈로 작동한다. 마이크로렌즈 효과는 태양전지 내부의 광로를 확장시켜 빛-물질간의 상호작용을 강화하고 광자가 흡수될 가능성을 증가시킨다.

[출처 = 녹색기술정보시스템(www.greenplatform.re.kr) / 2016. 07. 05]