‘미래의 빛’으로 불리는 칼시움티타늄 태양에너지전지는 전통적인 규소 태양에너지전지처럼 발전할 수 있을 뿐만 아니라 종이처럼 얇고 구부릴 수 있는 형태로 만들어 옷이나 창문에 붙여 사용할 수도 있는 장점이 있지만 부품의 불안정성은 목전 산업화 발전을 제한하는 가장 중요한 도전으로 되고 있다.

일전 화동리공대학 재료학원 청정에너지재료및부품팀 후우, 양쌍 등 교수들은 《과학》저널에 최신 연구 성과를 발표하여 신형 태양광 불안정성의 관건 메커니즘인 광기계유도분해효과를 밝히고 그래핀—폴리머 기계가 칼시움티타늄광재료를 증강하는 새로운 방법을 제기하였으며 이 방법으로 신형 칼시움티타늄 태양에너지전지를 만들어냈다.

엄격한 테스트를 거쳐 연구팀이 제조한 칼시움티타늄 태양에너지전지는 신기록을 세웠는데 일상의 강한 빛과 고온 환경을 모의하여 3,670시간 (약 153일) 동안 지속적으로 작동한 후에도 여전히 97% 의 발전 효률을 유지할수 있었다. 이는 현재 동종 태양에너지전지중 가장 길고 안정적인 작동 시간으로 되며 실제 응용이 가능해졌음을 의미한다.

연구에 따르면 칼시움티타늄광재료는 해빛에 비추면 풍선처럼 반복적으로 팽창하고 수축되며 시간이 지나면 마치 접힌 종이가 최종적으로 찢어지는 것처럼 파렬된다. 연구일군들은 재료에 ‘방호복’을 입히는 방법을 생각해냈다. 이들은 세계에서 가장 단단한 소재중 하나인 그래핀에 특수 투명 플라스틱을 더해 머리카락의 1만분의 1에 불과한 초박형 보호층을 만들었다. 여러차례의 시도를 거쳐 연구팀은 일종의 밥법을 통해 단일층 전체 그래핀을 칼시움티타늄광박막 표면에 조립할 수 있다는 것을 발견했다. 실험에서 이런 이중구조로 형성된 ‘방호복’은 재료의 압력저항 능력을 두배로 증가시켜 팽창폭을 0.31%에서 0.08%로 낮출 수 있었다.

지난 10년간 전세계 과학자들은 주로 재료 배합의 개량으로부터 착수하였는데 화동리공대학 연구팀은 처음으로 ‘물리손상’이라는 이 숨은 ‘킬러’를 발견하여 후속 연구에 새로운 방향을 열어놓았다. 전문가들은 이 작업이 칼시움티타늄 태양에너지전지의 안정성을 높이는 기술 경로를 재정의했다고 밝혔다.

현재 이 기술은 이미 기업과 합작 실험을 시작하였으며 향후 량산에 들어가게 되면 건물 외벽에 태양에너지 발전이 가능한 유리를 안장하고 야외에서 접을 수 있는 충전담요를 생산할 수 있으며 심지어 충전이 가능한 스마트폰 보호막까지 현실화될 수 있다. 료해에 따르면 칼시움티타늄 태양에너지전지의 생산원가는 규소전지의 3분의 1에 불과하며 발전 효률도 아직 제고될 여지가 있다.

/과기넷