처음으로 태양전지가 가능한 실리콘 기반 광섬유가 개발되어 미터 길이까지 확장 가능하다는 것을 보여주었다. 이 연구는 태양전지 실리콘 와이어들을 짜서 유연하고, 휘거나 또는 꼬인 태양전지 섬유를 만들 수 있는 가능성을 열어주는 것이다. 이 발견은 펜실베이니아 주립대학의 연구진에 의해서 이루어졌으며, 2012년 12월 6일자 "Advanced Materials" 온라인 저널에 발표되었다.
이 연구진의 새로운 발견은 이전의 광섬유와 전자칩을 통합하는 문제에 기반하고 있다. 실리콘 기반 집적회로는 태양전지, 컴퓨터 및 휴대전화와 같은 대부분의 반도체 전자기술 디바이스의 기본 구성 요소 역할을 한다. 평평한 칩을 둥근 광섬유와 합치는 대신에, 연구진은 사람의 머리카락 두께보다 더 얇은 새로운 종류의 광섬유를 제작하는 방법을 발견하였다. 이 광섬유의 자체 통합된 전자부품을 가지고 있어서 광섬유와 칩을 통합할 필요를 없앤 것이다.
이렇게 하기 위해서, 연구진은 고압 화학 기술을 사용하여 반도체 물질을 광섬유 안의 미세한 구멍 안으로 직접 층으로 쌓았다. 이제 그들의 새로운 연구에서, 연구진은 동일한 고압 화학 기술을 이용하여 태양전지로 기능할 수 있는 결정질 실리콘 반도체 물질에서 광섬유를 만드는 방법을 사용하였다. 태양전지는 태양 복사를 직접적인 전류에너지로 바꾸어 전력을 생산할 수 있는 광전 디바이스이다.
연구진은 자신들의 목적이 고성능 전자기술 및 태양전지 기능을 확장시켜 수명을 늘리고 더 유연한 형태로 만드는 것이라고 말하였다. 연구진은 이미 몇 미터 길이의 섬유를 만들었으며, 원칙적으로 그들의 새로운 방법은 길이가 10미터 이상인 휠 수 있는 태양전지 섬유를 제작하는데 사용될 수 있을 것이라고 덧붙였다. 긴 섬유 기반 태양전지는 이전에는 할 수 없었던 새로운 응용을 가능하게 할 수 있으며, 연구진은 실리콘 섬유를 짜서 전력 생산, 배터리 충전, 화학 센싱 그리고 바이오메디컬 디바이스와 같은 다양한 응용이 가능하도록 할 수 있다고 말하였다.
연구진은 스마트폰 및 아이패드와 같은 휴대용 전자 기술의 주요 한 계중의 하나는 짧은 배터리 수명이라고 설명하였다. 태양전지 기반 배터리는 이런 문제를 해결하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 태양전지는 보통 유리 또는 플라스틱 기판으로 만들어지는데 그 위에 수소처리된 비정질 실리콘이 성장된다고 연구진은 설명하였다. 이와 같은 태양전지는 PECVD 반응로라고 불리는 비싼 장비를 사용하여 제작되면 그 결과 약간 유연한 평평한 것이 만들어진다.
그러나 짤 수 있는 섬유 기반 태양전지는 가볍고, 유연한 구조를 가지고 있어서 휴대 가능하고 접을 수 있으며 심지어 입을 수도 있다. 이런 물질은 전자 디바이스에 연결되어 그것들을 구동하고 배터리를 충전할 수 있다. 특히 군당국이 흥미를 가지고 전장에서 병사들이 입을 수 있는 전력 소스로 디자인될 수 있는지에 관심을 보이고 있다고 연구진은 말하였다. 연구진은 태양전지 물질에서 유연함의 또 다른 장점은 여러 다른 각도에서 빛 에너지를 모을 수 있는 가능성이 있다는 것이다.
보통 전형적인 태양전지는 단지 한 개의 평평한 표면만을 가지고 있다. 그러나 유연하고 휠 수 있는 태양전지 직물은 빛이 어떤 방향에서 오는지에 의존하지 않는다는 장점이 있을 것이다. 영국의 Southampton 대학의 Pier J. A. Sazio는 이런 실리콘 섬유 디바이스의 흥미로운 다른 특징은 그것들이 축소되면서 레이저 가시광선에 매우 빠르게 반응할 수 있다는 것이라고 말했다. 실제로 그들은 밴드폭이 1.8 GHz이 넘는 직물 섬유 기반 광검출를 제작하였다.
첨부그림 1: 태양전지 기능을 가진 새로운 실리콘 기반 광섬유의 단면도 이미지. n+, i, 및 p+으로 표지된 광섬유 구멍안에 증착된 층들이 보인다.
첨부그림 2: 펜실베이니아 주립대학의 연구진에 의해서 생산된 사람 머리카락 두께보다 더 얇은, 미터 길이의 태양 전지 접합 섬유의 코일 가닥.
출처 : http://phys.org/print273948565.html
