실내조명서 충전 가능한 '태양전지-배터리 일체형 소자' 개발
UNIST 이상영·서관용 교수팀…"배터리 사용시간 증대·충전 동시 해결"
(울산=연합뉴스) 장영은 기자 = 빛만 있으면 어디서든 배터리를 충전할 수 있다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 이상영·서관용 교수팀은 태양광뿐만 아니라 실내조명에서도 작동해 에너지 생산과 저장이 동시에 가능한 태양전지-배터리 일체형 모바일 전원(에너지 소자)을 개발했다고 4일 밝혔다.
고효율 결정질 실리콘 태양전지 모듈 위에 고체형 리튬이온 배터리를 박막으로 프린트하는 방식으로 만든 소자다.
현재까지 보고된 일체형 에너지 소자 가운데 최고 수준의 광충전 효율(7.61%)을 구현했다.
이상영 교수는 "배터리의 고질 문제인 사용시간 증대와 충전 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술"이라며 "태양광 아래서는 배터리 에너지 밀도와 출력 밀도가 높아 소형 전자기기는 물론 전기 자동차용 보조 에너지원으로도 활용할 수 있을 것"이라고 전망했다.
개발한 일체형 에너지 소자는 알루미늄판을 하나의 모체처럼 공유하면서 일체화된다. 알루미늄판이 태양전지 전극이자 배터리 집전체(集電體)로 쓰이는 구조다.
외부 전선으로 둘을 연결하는 기존 방식과 달리 에너지 손실 없이 배터리 충전이 가능하다.
이를 위해 서관용 교수팀은 후면 전극형 태양전지를 설계해 무손실 결정질 실리콘 태양전지 모듈을 구현했다. 단일 태양전지를 연결해 태양전지 모듈을 만들다 보면 에너지 손실이 생기는데 후면 전극형 설계로 이를 막았다.
후면 전극형 태양전지는 실리콘 태양전지의 한 종류로 태양전지 양극과 음극 전극이 모두 후면에 위치해 상부 표면에서 빛 손실이 없는 고효율 태양전지다.
또 이 교수팀은 프린팅 기술을 이용해 결정질 실리콘 모듈 위에 고체형 배터리를 안정적으로 집적했다. 고체 형태인 음극, 전해질, 양극을 순서대로 인쇄해 배터리를 만든 것이다.
이를 통해 태양전지와 배터리를 연결할 때 발생하는 저항과 공간 손실을 최소화했고, 최종 소자의 소형·박막화가 가능했다.
개발된 태양전지-배터리 일체형 에너지 소자는 신용카드 안에 삽입할 정도로 얇고, 장착된 LED도 켤 수 있어 휴대용 전원으로 쓰일 수 있다.
태양광에서는 2분 만에 배터리가 충전됐고, 태양광보다 조도가 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능했다.
또 60도의 높은 온도에서도 안정적인 에너지 생산과 저장 능력을 구현할 수 있었다.
이 교수는 "태양전지-배터리 일체형 에너지 소자를 얇게 만들고, 태양광 아래서는 별도 충전 없이 배터리를 계속 사용할 수 있다는 점이 가장 주목할 부분"이라며 "스마트폰 등 모바일 전자기기 사용시간과 충전 문제를 함께 해결하는 원천기술을 확보했다"고 밝혔다.
이번 연구는 미래창조과학부 신진연구지원사업, 기본연구지원사업, 중견연구자(도약)지원사업 및 웨어러블 플랫폼 소재 선도연구센터의 지원으로 진행됐다.
연구 성과는 영국 왕립화학회의 세계 권위지인 에너지 및 환경 과학지 4월호 표지논문으로 출판된다.
young@yna.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
UNIST 이상영·서관용 교수팀…"배터리 사용시간 증대·충전 동시 해결"
(울산=연합뉴스) 장영은 기자 = 빛만 있으면 어디서든 배터리를 충전할 수 있다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 이상영·서관용 교수팀은 태양광뿐만 아니라 실내조명에서도 작동해 에너지 생산과 저장이 동시에 가능한 태양전지-배터리 일체형 모바일 전원(에너지 소자)을 개발했다고 4일 밝혔다.
고효율 결정질 실리콘 태양전지 모듈 위에 고체형 리튬이온 배터리를 박막으로 프린트하는 방식으로 만든 소자다.
현재까지 보고된 일체형 에너지 소자 가운데 최고 수준의 광충전 효율(7.61%)을 구현했다.
이상영 교수는 "배터리의 고질 문제인 사용시간 증대와 충전 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술"이라며 "태양광 아래서는 배터리 에너지 밀도와 출력 밀도가 높아 소형 전자기기는 물론 전기 자동차용 보조 에너지원으로도 활용할 수 있을 것"이라고 전망했다.
개발한 일체형 에너지 소자는 알루미늄판을 하나의 모체처럼 공유하면서 일체화된다. 알루미늄판이 태양전지 전극이자 배터리 집전체(集電體)로 쓰이는 구조다.
외부 전선으로 둘을 연결하는 기존 방식과 달리 에너지 손실 없이 배터리 충전이 가능하다.
이를 위해 서관용 교수팀은 후면 전극형 태양전지를 설계해 무손실 결정질 실리콘 태양전지 모듈을 구현했다. 단일 태양전지를 연결해 태양전지 모듈을 만들다 보면 에너지 손실이 생기는데 후면 전극형 설계로 이를 막았다.
후면 전극형 태양전지는 실리콘 태양전지의 한 종류로 태양전지 양극과 음극 전극이 모두 후면에 위치해 상부 표면에서 빛 손실이 없는 고효율 태양전지다.
또 이 교수팀은 프린팅 기술을 이용해 결정질 실리콘 모듈 위에 고체형 배터리를 안정적으로 집적했다. 고체 형태인 음극, 전해질, 양극을 순서대로 인쇄해 배터리를 만든 것이다.
이를 통해 태양전지와 배터리를 연결할 때 발생하는 저항과 공간 손실을 최소화했고, 최종 소자의 소형·박막화가 가능했다.
개발된 태양전지-배터리 일체형 에너지 소자는 신용카드 안에 삽입할 정도로 얇고, 장착된 LED도 켤 수 있어 휴대용 전원으로 쓰일 수 있다.
태양광에서는 2분 만에 배터리가 충전됐고, 태양광보다 조도가 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능했다.
또 60도의 높은 온도에서도 안정적인 에너지 생산과 저장 능력을 구현할 수 있었다.
이 교수는 "태양전지-배터리 일체형 에너지 소자를 얇게 만들고, 태양광 아래서는 별도 충전 없이 배터리를 계속 사용할 수 있다는 점이 가장 주목할 부분"이라며 "스마트폰 등 모바일 전자기기 사용시간과 충전 문제를 함께 해결하는 원천기술을 확보했다"고 밝혔다.
이번 연구는 미래창조과학부 신진연구지원사업, 기본연구지원사업, 중견연구자(도약)지원사업 및 웨어러블 플랫폼 소재 선도연구센터의 지원으로 진행됐다.
연구 성과는 영국 왕립화학회의 세계 권위지인 에너지 및 환경 과학지 4월호 표지논문으로 출판된다.
young@yna.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
관련뉴스
