연잎에는 미세한 돌기들이 나있어 물방울이 스며들지 못하고 굴러 떨어진다.

[장홍표]

표면에 돔 구조 촘촘히 만들어… 빛 반사율 35%→6%로 줄여

연잎에는 미세한 돌기들이 나있어 물방울이 스며들지 못하고 굴러 떨어진다. 이때 먼지도 함께 쓸려가 연잎은 항상 깨끗한 상태를 유지할 수 있다. 같은 원리로 태양전지 표면을 항상 깨끗한 상태로 유지, 빛에너지를 전기로 바꾸는 효율도 높이는 기술이 개발됐다.

미 스탠퍼드대 이 큐이(Yi Cui) 교수는 손목시계나 전자계산기에 쓰이는 필름형 비결정 태양전지의 표면을 연잎처럼 돌기들이 나있는 형태로 만들었다. 그 결과 물방울이 굴러 떨어져 표면이 항상 깨끗하게 유지되고, 발전(發電) 효율도 기존의 4.7%에서 5.9%대로 높아졌다. 이 연구결과는 미 화학회가 발간하는 '나노레터스(Nano Letters)' 최신호에 게재됐다. 연구진은 발전용 실리콘 결정 태양전지에 같은 방법을 적용하면 발전 효율이 25%까지 높아질 수 있다고 밝혔다. 일반적인 실리콘 결정 태양전지의 발전효율은 13% 정도.

햇빛이 태양전지에 닿으면 35%가 전기를 만드는 데 쓰이지 못하고 바로 반사된다. 연구진은 태양전지 표면에 폭 100㎚(나노미터, 1㎚는 10억분의 1m)의 돔 구조를 450nm 간격으로 만들었다. 비결정 태양전지는 파장이 400~800㎚인 빛을 이용한다. 폭이 그보다 작은 돔은 광섬유처럼 빛을 인도하는 도파관(導波管) 역할을 해 햇빛이 반사되지 않고 태양전지 내부에 머무르게 한다.

실험 결과 돔 구조가 있는 태양전지는 불과 6%의 빛만 반사하는 것으로 나타났다. 덕분에 일반 비결정 태양전지는 빛이 반사돼 표면이 번쩍이는 붉은색을 띠지만, 돔 구조 태양전지는 빛을 대부분 흡수해 검은 빛을 띤다. 게다가 표면이 항상 깨끗하게 유지되는 효과도 있어 오물 때문에 빛이 흡수되지 않는 것도 막을 수 있다고 연구진은 밝혔다.