실내조명으로 전기생산 가능…유기반도체 활용

기사승인 2018-12-03 16:02:42

실내조명으로 전기를 생산할 수 있는 기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다.

경상대학교 공과대학 전기공학과 김혁 교수와 동국대학교 심재원 교수, 경북대학교 배진혁 교수, 한국생산기술연구원 대구경북지역본부 이수웅 박사가 이끄는 공동 연구팀은 실내조명을 이용해 전기를 생산하는 핵심기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

유기반도체의 뛰어난 광흡수특성을 활용해 실내조명과 같이 약한 빛의 세기에서 전기를 생산하는 이 기술은 해당 분야 최고 학술지인 '다이 & 피그먼트'(인용지수 3.767, 인용순위(JCR) 분과 2위, 상위 8.3%의 해당 분야 최고 권위지)’ 12월 1일자 학회지에 게재됐다.

이 기술의 선행연구는 지난 2월 인용지수 해당분야 상위 1위 학술지인 '응용표면과학'(인용지수 4.439, JCR 분과 1위, 상위 5.2% 학술지)’에 게재되기도 했다.

현재 신재생에너지 생산원으로 주목받고 있는 태양전지는 대부분 실외 환경에서 사용되는데 전기를 생산하기 위해 특정 세기 이상의 빛이 필요해 실내조명 수준의 빛으로는 전기생산이 어려운 문제점이 지적돼 왔다.

기존 태양전지에 사용되는 실리콘 재료는 광흡수능력이 상대적으로 낮아 밝은 날 야외에서의 태양광 세기(약 10만lx 수준)에서는 잘 작동하지만, 흐린 날이나 실내조명과 같이 약한 빛 세기(약 2000lx 이하)에서는 전기 생산이 어려웠다.

이에 반해 높은 광흡수 특성을 갖는 유기반도체는 구조변화를 통해 최적의 광흡수층 두께로 제어하면 흐린 날과 실내조명뿐만 아니라 달빛 아래에서도 전기생산이 가능해 상시 전기생산 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

그러나 지금까지 친환경 에너지원으로 주목받아온 태양전지기술은 특정한 빛 세기 이상에서만 적용 가능해 24시간 상시전원으로 활용하는 데는 한계가 있었다.

경상대-동국대-경북대-생기원 학연 공동연구팀은 광흡수특성이 우수한 유기반도체를 활용해 실내조명 중 가장 약한 스탠드 LED에서도 (200lx) 전력생산이 가능한 기술을 개발했다.

광학 시뮬레이션 기술을 이용해 태양전지의 광흡수 특성이 극대화되는 구조를 설계했으며, 이에 따른 최적의 광흡수층 두께 및 태양전지의 최고 효율 획득이 가능한 구조 도출이 가능해져 24시간 상시전원으로 활용가능한 친환경 전력공급원을 개발할 수 있게 됐다.

경상대 김혁 교수와 공동연구팀은 "사물인터넷, 인공지능, 스마트 홈 등 첨단기술의 핵심부품으로 센서에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 반면, 센서 전원에 대한 연구는 미흡한 상황이다"며 "이번 기술개발로 미래 기술의 핵심부품으로 주목받고 있는 센서의 전원문제를 해결해 스마트 센서 기술이 더욱 폭넓게 사용돼 그 수요에 부응할 수 있을 것이다"고 밝혔다.