바닷속 10m서 태양광 발전… 페로브스카이트 태양전지 첫 실증

2시간 동안 수중서 324mWh 생산 연구팀 “5.5년 연속작동 가능 수준” 바다 수심 10m에서 실증에 성공한 페로브스카이트 태양전지와 이를 통해 전력을 공급받는 각종 해양 장비의 운용 개념도. 중국 윈난대 제공 해수면 아래 10m 수심에서도 차세대 태양전지로 여겨지는 페로브스카이트 태양전지가 정상 작동할 수 있다는 점이 입증됐다. 수중 태양전지가 수심 2m의 얕은 물에서 작동한 경우는 있지만 10m 깊이에서 실증된 것은 이번이 처음이다. 장원화 중국 윈난대 재료·에너지학부 교수 연구팀은 수심 10m에서 작동하는 페로브스카이트 태양전지의 기능을 검증하고 연구 결과를 11일 국제학술지 ‘줄’에 발표했다. 태양전지는 육상에서 전력을 공급하는 친환경 에너지원이다. 물속에서는 빛의 세기가 급격히 약해지고 파장이 달라져 태양전지를 사용하기 쉽지 않다. 수중 센서, 수중 통신기기, 자율 수중 로봇 등 배터리에 의존하는 해양 장비들은 충전을 위해 주기적으로 수거해야 했다. 해수면에 띄우는 부유식 태양광 패널을 설치해 사용하는 방법도 있지만 파도, 태풍, 선박 충돌 등의 영향으로 파손될 수 있다. 깊은 수심에도 작동할 수 있는 태양전지에 대한 요구가 커지는 이유다. 연구팀은 우선 수심에 따라 햇빛의 밝기와 색(파장)이 달라진다는 점에 착안해 수심별 바닷속 햇빛 환경을 실험실에서 재현한 모사 장치를 개발했다. 그 다음 깊은 물속까지 투과하는 청색부터 주황색 파장의 빛을 집중적으로 흡수하는 페로브스카이트 태양전지를 설계했다. 그 결과 연구팀의 태양전지는 수심 10m 모사 조건에서 1160시간이 지난 후에도 성능이 거의 저하되지 않는 내구성을 보였다. 연구팀은 연구 결과를 토대로 10m 수심에서 약 5.5년 동안 연속 작동할 수 있는 수준이라고 추정했다. 연구팀은 대면적 태양전지 모듈을 개발해 수중 로봇과 결합한 뒤 남중국해 웨이저우섬 인근 수심 10m에 실제 투입하는 해역 실증도 진행했다. 그 결과 2시간 동안 상용 리튬이온배터리를 충전하기에 충분한 324mWh(밀리와트시)의 에너지가 생산됐다. 연구팀은 “실제 수심 10m 환경에서 단 2시간 만에 많은 양의 전력 에너지를 안정적으로 생산해 냈다”며 “실험실 연구와 현장 실증의 결합을 통해 수중 태양광 발전의 상용화 가능성을 확인했다”고 말했다. 연구팀은 후속 연구를 통해 더 깊은 수심에서 페로브스카이트 태양전지를 시험해 전지가 작동할 수 있는 한계 수심을 규명하고 수중 태양전...