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볼록렌즈로 빛을 모으면 종이나 옷을 태울 정도로 빛이 강해진다. 태양전지에도 이런 원리가 도입됐다.
한국과학기술연구원(KIST) 나노소자연구센터 김성일 박사는 집광형 태양전지를 개발해 24일 원 내에서 시연회를 열었다. 태양전지는 6개의 렌즈가 세 개씩 두 줄로 배열돼 있고, 렌즈의 초점이 맺히는 10여㎝ 아래에 새끼손톱만 한 넓이의 태양전지용 반도체(갈륨아세나이드)가 역시 세 개씩 두 줄로 배열돼 있는 형태다. 해가 렌즈에 비치자 햇빛의 초점이 반도체 위에 정확하게 맺혔다.
렌즈는 햇빛을 360배 이상 모을 수 있다. 그만큼 강렬한 빛을 만들어 태양전지용 반도체에 쪼이게 하는 것이다. 6개의 소형 태양전지에서는 6V, 1.8A의 전기가 만들어져 7인치 휴대용 멀티미디어 플레이어를 충분히 작동시켰다.
김 박사는 “태양빛을 모으지 않는다면 360배나 커다란 태양전지판을 써야 이만큼의 전기를 생산할 수 있을 것”이라며 “고효율 태양전지를 저렴하게 만들 수 있는 방법”이라고 말했다.
집광용 태양전지 반도체는 화합물반도체로 효율은 30% 이상이지만 값이 기존 태양전지용 실리콘 반도체보다 훨씬 비싸다. 화합물반도체로 보급용 태양전지를 만들기 어려운 이유다. 지금까지 인공위성 등 우주용 태양전지로 주로 사용돼 왔다.
김 박사의 방법으로 집광하게 되면 화합물반도체의 양을 소량만 써도 된다. 햇빛을 모으는 비율에 반비례해 화합물반도체 사용량을 절감할 수 있다. 만약 빛을 500배 모을 수 있다면 반도체 사용량은 기존 태양전지에 비해 500분의 1로 줄어든다.
박방주 과학전문기자
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