일본, 자기장 '감지'하는 태양전지 개발

일본에서 태양 전지 기술의 획기적인 발전이 발표되었습니다. 외부 자기장의 영향을 받아 생성된 전류를 제어할 수 있는 시제품 장치가 개발된 것입니다. 기존의 p-n 접합을 사용하는 대신, 이 새로운 전지는 두 재료, 즉 MoS₂의 2차원 반도체 층과 CrPS₄의 자성체 층이 "적층"된 구조에서 발생하는 벌크 광전 효과를 활용합니다.

자기장 제어 체적 광전 효과에 대한 그림. 사진: 교토 대학교 마츠다 연구실.

일반적인 조명 조건에서 배터리는 마치 벌크 태양광 전지처럼 작동하여 빛을 전기로 변환합니다. 배터리 표면에 자기장을 가하면(예: 자석이나 자기장 생성 코일을 장치 근처에 두는 경우) 전류의 세기가 순간적으로 변하여 증가하거나 감소하거나 완전히 꺼집니다.

이 기능을 사용하면 다이오드나 트랜지스터와 같은 추가 제어 구성 요소가 필요 없이 전력 출력을 실시간으로 조정할 수 있습니다.

제작 공정은 벌크 결정으로부터 MoS₂와 CrPS₄ 시트를 기계적으로 박리한 후, 건식 전사 기법을 사용하여 두 층을 반데르발스 구조로 정밀하게 조립하는 과정을 포함합니다. 완성된 소자에 빛을 조사하고 다양한 자기장 강도에서 전기적 특성을 측정합니다.

연구 결과는 광 변환 효율이 기존 실리콘 전지의 평형 한계보다 높을 뿐만 아니라, 단순히 자기장을 변경함으로써 전류를 유연하게 제어할 수 있다는 것을 보여줍니다.

이 기술의 탁월한 장점은 설계의 단순성과 유연성입니다. 복잡한 제어 회로가 필요 없기 때문에 패널을 얇고 가볍게 제작할 수 있으며, 유리 표면, 지붕, 심지어 모바일 기기 케이스에도 쉽게 접착할 수 있습니다.

잠재적인 적용 분야로는 자가 구동 센서, 에너지 효율적인 목재, 전력을 자체적으로 조절하는 스마트 유리, 초박형 배터리가 필요한 많은 사물 인터넷 기기 등이 있습니다.

자기장 전류 제어 기술은 저조도 또는 분산된 조건에서도 향상된 성능을 보장합니다. 벌크 태양광 효과와 자기장 조절 기능을 결합하면 현재 태양광 전지의 성능 한계를 극복할 수 있는 가능성이 열립니다.

이 시제품은 아직 실험실 단계에 있지만, 그 잠재적 응용 분야는 여러 국제 연구 기관과 기업의 관심을 끌고 있습니다. 향후 5~10년 내 대량 생산을 목표로 소재 최적화, 작동 온도 및 자기장 범위 확장에 중점을 두고 추가 실험을 진행할 예정입니다.

태양광 발전 용량이 빠르게 확대되고 있는 베트남에서 이 기술은 실질적인 이점을 가져올 수 있습니다. 자기 제어 패널은 지붕, 창문 또는 이동식 충전소에 쉽게 통합될 수 있습니다. 분산형 전력망(스마트 그리드)에서 전력 균형을 맞춰야 할 때, 잉여 전력이 있을 때 배터리가 자동으로 분리되거나 필요 시 부하를 보상하기 위해 용량을 늘릴 수 있습니다. 이를 통해 송전 손실을 줄이고 시스템 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

자기 제어 배터리는 민간 분야에 국한되지 않고, 유연한 전력 공급원이 필요한 연구, 환경 센서, 자율 드론 등 에너지 프로젝트에도 적합합니다. 자기장을 이용하여 전류를 즉시 켜고 끌 수 있는 기능은 전 세계적인 친환경화 및 디지털화 추세에 발맞춰 차세대 스마트 "슈퍼 배터리"를 탄생시킬 것으로 기대됩니다.

자기 제어 태양 전지 기술이 상용화되면 재생 에너지 산업의 전환점이 될 것입니다. 수동형 태양광 패널에서 환경과 상호 작용하는 "능동형" 에너지 장치로의 전환이 이루어질 것입니다. 이는 스마트 시티, 자가 조절형 에너지 빌딩, 그리고 지속 가능한 에너지 생태계 구축에 기여하는 다양한 미래 응용 분야의 토대가 됩니다.

출처: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html