실내조명만으로 전기 만든다

고려대-이화여대 교수 연구팀, 페로브스카이트 소재 이용해 광전환 기술개발 실내 조명. 게티이미지 제공 [파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 실내조명만으로도 전기를 만들어 낼 수 있는 기술을 개발했다. 햇빛 대신 건물 내부의 조명빛을 이용하는 원리다. 건물 내 전력소비에서 실내조명이 차지하는 비율이 상당히 높으며 이중 일부만 재활용해 전력 생산을 할 수 있다면 비용 절약에서 큰 효과가 기대된다.

고려대학교는 전기전자공학부 심재원·김태근 교수팀이 이화여자대학교 화학나노과학과 김동하 교수팀과 함께 페로브스카이트 소재를 사용해 전기를 만드는 핵심기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 이 기술을 이용해 1000룩스(lx)의 LED 실내조명에서 34% 이상의 고효율 광전변환효율을 얻었다.

심재원 교수는 "사물인터넷, 인공지능 등 첨단기술의 수요가 폭발적으로 증가하고 있기에 이를 구동케 하는 전원에 대한 연구 또한 상당한 주목을 받는 상황"이라면서 "이번 기술개발로 미래 기술의 핵심부품으로 주목받고 있는 센서의 전원문제를 해결해 스마트센서 기술이 더욱 폭넓게 사용돼 그 수요에 부응할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 광흡수특성이 우수한 유기반도체를 활용해 실내조명 중 가장 약한 200lx LED조명에서도 전력 생산이 가능한 기술을 개발했다.

유무기 하이브리드 복합소재인 페로브스카이트의 뛰어난 광흡수특성을 활용해 실내조명과 같이 약한 빛의 세기에서 전기를 생산하는 이 기술은 에너지 관련 분야 최고 권위지 중 하나인 '나노 에너지'에 5월 29일 온라인 게재됐다.

김동하 교수는 "LED와 같은 실내 조명이 체계적으로 맞춤화된 고효율 페로브스카이트와 결합돼 최고 수준의 광전변환 효율을 달성한 획기적인 결과"라면서 "이 기술로 얻어진 전기은 현재 실내 전자장치를 구동하기에 충분한 에너지이며 미래 에너지 패러다임을 바꿀 수 있다"라고 말했다.

최근 사물 인터넷(IoT)기반 무선 센서, 스마트 폰 및 태블릿 PC를 포함한 저전력 구동 실내 전자 장치의 사용이 급격히 증가함에 따라 반영구적으로 사용가능한 에너지원에 대한 관심이 늘어나고 있다. 이런 맥락에서 실내광 활용을 통한 전력 생산은 흥미롭다.

연구진은 빛, 열, 압력 등 다양한 실내 에너지원 중 빛을 활용한 발전은 에너지 원으로의 접근성 및 발전 효율에 있어 매우 안정적이라고 설명했다.

제1저자로 참여한 임주원 연구원은 "이 장치는 버려지는 실내 조명과 같은 에너지를 획기적으로 포획해 미래의 에너지 절약에 실질적 의미를 제공할 수 있다"며 "이번 연구결과는 기존 태양광에서 LED와 같은 실내등으로의 새로운 유형의 전자 장치 개발로 이어질 것"이라고 덧붙였다.

한편 빛을 전기 에너지로 변환하기 위해서는 광전 소자가 필요하다. 그러나 대부분의 태양전지는 외부 태양광 하에서의 발전 성능이 연구됐고, 낮은 조도 및 발광 스팩트럼이 태양광보다 훨씬 제한 적인 실내광에서의 성능 구현에 대한 연구는 아직 시작 단계이다.

상용화 태양전지 중 가장 흔하게 사용되는 실리콘 태양전지는 저조도에서 광흡수능력이 상대적으로 낮아서 흐린 날 혹은 실내조명과 같이 빛의 세기가 약한 경우(약 2000lx 이하)에서는 전기 생산이 어렵다고 알려져 있다.

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[email protected] 김만기 기자