바닷속 10미터에서 태양광 발전…페로브스카이트로 2시간 실증

중국의 연구진이 바닷속 10미터 깊이에서 혁신적인 태양광 발전 실험에 성공하며, 수중 에너지 생산의 새로운 가능성을 제시하고 있다. 윈난대학교와 서남연합대학원 등으로 구성된 연구팀은 남중국해 웨이저우섬 인근 해역에서 페로브스카이트 태양전지를 활용해 실제 전력을 생산하는 데 성공했다. 이들의 실험은 향후 해양 장비에 필요한 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 길을 열어줄 것으로 기대된다.

페로브스카이트 태양전지의 잠재력

이번 연구에서 사용한 태양전지는 '와이드 밴드갭 페로브스카이트'라는 특수 소재로 제작됐다. 일반 태양전지가 햇빛을 효율적으로 흡수하기 위해서는 특정한 파장대의 빛을 필요로 하며, 수심이 깊어질수록 빛의 스펙트럼이 변화한다는 점에서, 육상용 태양전지를 그대로 사용하는 것은 한계가 있다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 물속에서도 남아 있는 파장대의 빛을 효과적으로 활용할 수 있는 소재를 선택했다. 이로 인해 태양전지는 수심 10미터에서 34.71%의 변환 효율을 기록하는 성과를 올렸다.

더욱이, 연구팀은 태양전지의 안정성을 높이기 위해 폴리헥사메틸렌구아니딘 염산염(PHMG)을 첨가했다. 이 물질은 전자 추출을 도와주고, 할라이드 이온의 이동과 결함을 줄여주며, 결정을 더욱 안정화시키는 역할을 한다. 이러한 과정 덕분에 태양전지는 1160시간의 안정성 시험에서도 성능 저하가 거의 나타나지 않았다.

실제 해상 실험과 그 성과

연구팀은 개발한 태양전지를 수중 로봇에 장착하여 해상 실험을 진행했다. 이 실험에서 대면적 모듈은 2시간 동안 324mWh의 전기를 생산했으며, 이는 리튬이온 배터리 충전과 LED 구동에 성공적으로 활용되었다. 이러한 결과는 기존 수중 태양전지 연구가 대개 2미터 이하의 얕은 수심에서 이루어졌던 점을 고려할 때, 약 10미터 깊이에서의 첫 번째 기능 검증 사례로 평가받고 있다.

이 연구의 결과는 실제 해양 환경에서 필요한 전력을 자급자족할 수 있는 가능성을 열어준다. 예를 들어, 장기간 바다에 배치되는 센서, 카메라, 통신 장비와 같은 자율 수중장비들이 현장에서 직접 전력을 공급받을 수 있게 될 것으로 보인다. 이는 해양 연구와 탐사, 해양 관측 등의 분야에서 획기적인 변화로 이어질 수 있다.

결론: 지속 가능한 해양 에너지의 미래

이번 연구는 바닷속 태양광 발전의 실현 가능성을 입증함으로써, 수중 에너지원의 새로운 장을 열었다. 향후 연구진은 이러한 태양전지를 더욱 발전시키고, 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 유지할 수 있는 방안을 모색할 계획이다. 바다에서의 지속 가능한 에너지 생산이 가능해진다면, 해양 환경을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 기회가 열리고, 이는 인류의 에너지 문제 해결에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다.