매일 처럼 쏟아져 나오는 신기술 중에서 가장 많은 기술이 인공지능 로봇 바이오기술들이지만, 그 다음이 태양광관련 기술일 수 있다. 태양광 패널 효율성을 높이는 기술이 가장 많이 연구되고 있는 기술중 하나이기 때문이다.
태양 전지는 재생에너지의 가장 중요한 원천이지만 여전히 기술 개선의 여지가 많다. Stanford 엔지니어들은 이제 태양광을 어떤 각도에서든 태양 전지에 집중시켜 일출부터 일몰까지 전력을 수집할 수 있는 피라미드 모양의 렌즈를 개발했다.
태양 전지는 직사광선에서 가장 잘 작동한다. 즉, 많은 태양 전지는 하루에 몇 시간만 에너지를 생산할 수 있다. 다른 사람들은 적극적으로 하늘을 가로질러 태양을 따라 이동하여 작업 시간을 최대화 하지만 이는 에너지를 소비하고 기계적 복잡성을 추가한다.
새로운 연구를 위해 스탠포드 팀은 어떤 각도에서든 태양광을 수집하고 아래에 있는 태양 전지 쪽으로 집중시킬 수 있는 수동 기술 개발에 착수했다. 최종 결과는 팀이 AGILE(Axial Graded Index Lenses)라고 부르는 역 피라미드 모양의 구조 배열로, 태양 전지의 보호 상단 표면을 대체하는 층을 형성한다.
테스트에서 AGILE 프로토타입은 표면에 닿는 빛의 90% 이상을 포착하여 태양 전지에 도달할 때까지 3배 더 밝아지도록 초점을 맞출 수 있었다. 팀은 이 시스템이 간접적인 햇빛을 수집할 수 있을 뿐만 아니라 이상적이지 않은 날씨와 조건에서 출력을 높임으로써 태양 전지의 효율성을 향상시킬 수 있다고 말한다.
AGILE은 간단해 보이지만 그 이면의 엔지니어링은 상당히 복잡하다. 각각의 작은 피라미드는 서로 다른 굴절률을 가진 서로 다른 유리와 폴리머의 스택으로 구성된다. 본질적으로 각 레이어는 들어오는 빛을 서로 다른 정도로 구부린다. 최상층은 어떤 각도에서든 빛이 들어올 수 있도록 낮은 굴절률을 가지고 있지만 아래로 내려갈 때마다 아래의 태양 전지에 초점을 맞출 때까지 약간 더 구부러진다. 측면은 미러링되어 방향이 바뀌는 빛이 필요한 곳으로 다시 반사된다.
이러한 다중 재료는 또한 장치가 근자외선에서 적외선에 이르기까지 넓은 스펙트럼의 빛을 포착할 수 있도록 한다. 팀은 또한 재료가 서로 잘 작동하는지 확인해야 했다. 예를 들어 장치가 깨지지 않도록 재료가 비슷한 속도로 열을 팽창하는지 확인해야 했다. 여러 재료를 사용하더라도 팀은 AGILE을 3D로 인쇄할 수 있음을 시연했다.
팀은 새로운 시스템이 태양 에너지를 사용할 수 있는 장소를 확장하여 비용과 필요한 토지를 모두 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 말한다. AGILE은 우주선용 태양 전지를 개선할 수도 있다.
이 연구는 Microsystems & Nanoengineering 저널에 발표되었다. 출처: 스탠포드 대학교
