태양전지의 기능을 하는 건설재료 개발

독일 카셀 대학교(University of Kassel) 연구팀이 최근에 태양전지의 기능을 수행하는 건설재료 개발에 성공했다. 이 새로운 재료의 중요한 구성요소는 일레트로그래픽 콘크리트이며 과일 주스와 같은 액체이다. 미래에는, 이 다이스크리트(DysCrete)가 파셰이드 건설에 사용될 것으로 예상되며 동시에 태양에너지를 전력으로 변환시키게 될 것이다.

다이스크리트(DysCrete)는 이산화티타늄, 유기 액체, 전해질, 흑연 그리고 투명한 표면의 레이어로 코팅된 특수한 일렉트로그래픽 콘크리트이다. 이러한 결합의 최종적인 결과는 염료감응형 태양전지이며, 콘크리트는 전극의 기능을 수행한다. 태양에너지의 전력으로의 변환은 광합성의 원리를 따르고, 이 물질은 특별히 친환경적이다.

다이스크리트(DysCrete)의 개발은 카셀 대학교 비주얼 아트 연구(Visual Art Studies) 책임자인 하이케 클루스만(Heike Klussmann) 교수와 이 연구의 프로젝트 매니저인 토르스텐 클루스터(Thorsten Klooster) 교수가 지도하는 아트 인벤션 빌딩(Building Art Invention, Bau Kunst Erfinden)이라고 불리는 복합학문 학습 및 연구 플랫폼 프로젝트이다. 이 프로젝트는 독일 연방 주택개발부(Federal Ministry for Housing and Development)로부터 약 150,000유로의 자금지원을 받았고 2015년 중반까지 계속될 예정이다. 이 프로젝트의 파트너로는 베른하드 미덴돌프(Bernhard Middendorf) 선임교수가 이끄는 건설산업 및 건설화학분야 재료연구단(Materials of the Building Industry and Construction Chemistry)과 산업계의 다른 연구진들이 있다.

태양열 에너지 콘크리트 프로토타입은 이미 존재한다. "미래에 건설산업계에 즉, 건물 건설을 위해 사전 제작되는 구성품, 파셰이드 구성요소 그리고 혁신적인 벽 시스템과 같은 곳에 적용될 수 있는 재료를 개발하는 것이 우리의 목표이다. 동시에, 이 기술은 태양전지로서의 기능을 통해 지속가능하고 분산된 에너지 공급시스템에 이바지하게 될 것"이라고 클루스만(Klussmann) 교수는 설명했다.

염료감응형 태양전지 자체는 카셀 대학교의 발명품이 아니다. 그런데, 이번의 개발을 더욱 의미있게 만드는 것은 태양전지와 건설재료의 융합이다. 염료감응형 태양전지 또는 그라첼 태양전지(Gr?tzel Cell)는 기존의 실리콘 태양전지의 적용 가능한 대체물이며 스위스 화학자인 마이클 그라첼(Michael Gr?tzel) 박사가 식물의 광합성을 이용하여 개발한 것이다.

태양전지를 태양에너지 콘크리트로 변환시킬 때 가능한 최상의 효율성을 확보하기 위해, 클루스만(Klussmann) 교수와 클루스터(Klooster) 교수 연구 그룹은 현재 코팅의 최적화에 집중하고 있다. 예를 들어, 프로젝트 초기에 연구진들은 건포도 주스(currant juice)를 사용했지만, 현재에는 다른 액체를 개발하는 중이다. 연구팀은 약 2% 정도의 효율성 달성을 위해 노력 중이다. "염료감응형 태양전지의 제작비용은 실리콘 태양전지에 비해 상당히 저렴하기 때문에 이것은 경제성이 있다"고 클루스터(Klooster) 교수는 말했다. 더욱이, 염료감응형 태양전지의 구성품은 이미 이용가능하며 친환경적이고 쉽게 재생이 가능하다. 예를 들어, 이산화 티타늄은 자주 사용되고 치약에서도 발견되는 물질이다. 또한, 염료감응형 태양전지와 다이스크리트(DysCrete)는 산광에도 반응하므로, 건물의 북쪽 방향에서도 사용이 가능하다.
 

 
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr