사진은 10일 오후 경기도 화성시 우정읍 화옹방조제 일대에 설치된 한국농어촌공사 화성지구 태양광발전소 모습. (사진은 기사 내용과 무관함) 2020.11.10/뉴스1 © News1 박정호 기자

낮에는 태양광으로, 밤에는 복사 냉각을 활용해 하루 종일 에너지를 생산할 수 있는 태양전지 기술이 개발됐다.

6일 스탠퍼드 대학 연구원들은 국제 학술지 '응용 물리학 서신'(Applied Physics Letters)에 이같은 연구 결과를 발표했다.

태양전지의 가장 큰 단점은 밤에는 전력 생산이 안되기 때문에, 추가적으로 에너지 저장 장치를 설치해야 밤에도 전기를 쓸 수 있다. 이러한 저장장치 설비 구축·관리 비용을 감당하기 어려운 저개발국의 경우에는 밤 동안 전력을 공급받지 못하는 경우도 생긴다.

이번에 개발된 태양 전지는 낮에는 일반 태양광 발전기처럼 작동하지만, 복사 냉각을 활용해 전기를 생산한다.

대부분의 물체에서는 전자기파의 형태로 에너지를 잃는 '복사' 현상이 일어난다. 나가는 복사에너지가 많아지면, 물체가 차가워지는 '복사 냉각' 현상을 볼 수 있다.

해진 뒤, 땅이 식어가는 것은 일상에서 가장 쉽게 볼 수 있는 복사냉각 현상이다. 땅은 복사냉각이 활발히 일어나지만, 공기는 상대적으로 적게 일어나 온도차가 쉽게 생긴다. 이로 인해 '복사 안개'가 생기기도 한다.

연구진은 밤 시간에 복사냉각으로 태양전지 표면이 차가워지도록 만들었다. 그리고 차가워진 전지 표면과 상대적으로 따뜻한 공기의 온도차에 주목해 열전소자를 활용했다.

열전소자는 따뜻하고 차가운 물체 사이의 온도차이를 이용해 전력을 생산하는 장치다.

연구진에 따르면 이번에 개발된 태양전지는 밤에 제곱미터당 50밀리 와트(㎽/㎡)의 에너지를 생산할 수 있다. 이는 전등 하나를 켜는 데 약 20㎡(제곱미터)의 전지가 필요한 효율로, 연구진은 효율을 높이기 위한 연구를 이어가겠다고 밝혔다.

이번 연구에 참여한 산후이 판(Shanhui Fan)은 "이번 태양전지 부품은 야간 전력 생산을 위한 맞춤형으로 제작하지 않았다"며 "만약 야간 전력 생산용에 맞게 설계한다면 성능이 더 나아질 여지가 있다고 생각한다"고 밝혔다.