MIT(Massachusetts Institute of Technology)는 2002년부터 해마다 경제, 정치, 의학은 물론 문화에도 영향을 미치는 10대 혁신 기술을 발표해 왔다. 올해는 ▲뇌 임플란트 ▲자율 운행 트럭 ▲안면인식 결재 ▲실용적 양자 컴퓨팅 ▲360도 셀카 ▲기존보다 2배 효율적인 태양전지 ▲유전자 치료 2.0 ▲세포지도 ▲사물 봇넷 ▲강화학습 등 10가지 혁신 기술을 발표했다. 이 기술들은 지금, 혹은 10년 이상 지나 실현될 것으로 전망된다. 이에 본지에서는 10회에 걸쳐 MIT가 선정한 '10대 혁신기술 2017'에 대해 알아본다.

태양에너지를 보다 효과적으로 사용할 수 있는 기술적 방법을 MIT 연구진이 개발했다. 

아직 비효율적이고 기술적으로도 제한적이지만, 이 기술의 발전은 지금보다 훨씬 효율적이고 깨끗한 에너지를 생산할 수 있을 것으로 기대된다고 MIT 테크 리뷰는 정리했다. 

MIT 테크 리뷰의 제임스 템플 수석편집자는 이 기술이 향후 10~15년 후 정도에 상용화 될 수 있을 것으로 내다봤다. 

현재의 태양광 발전을 위한 태양광 흡수판은 개발된 지 수십년이 지났음에도 실리콘 판에 비효율적이며 가격도 비싸다. 

전통적인 광전지의 근본적인 한계는 태양광 속 에너지의 일부만을 흡수하는데 그치고 있다. 

MIT 연구팀은 태양광의 더 많은 부분을 이용하기 위해 현재까지의 발명기술과 과학적 진보를 이용해 약간의 트릭을 사용한다. 

이는 먼저 태양광을 열로 전환한 후, 다시 빛으로 바꾸는 방법이다. 더 넓은 스펙트럼의 태양광을 모을 수 있어 더 많은 에너지를 흡수할 수 있는 최초의 장치로, 이런 접근법이 태양에너지 사용의 효율성을 극적으로 높일 수 있을 것으로 보인다. 

기존 실리콘 태양전지는 주로 빨강에서 보라까지의 가시광선을 흡수한다. 이는 태양광 속의 32% 이상을 전기로 바꿀 수 없다. 

MIT의 장치는 아직 6.8% 효율의 프로토타입이지만 기술이 향상되면 기존의 태양광전지보다 약 2배의 효율성을 달성할 수 있다. 

이 장치의 핵심은 '흡수-방출체(emitter)'다. 이는 태양광전지 위에서 빛의 깔대기 역할을 하며 흡수한 모든 태양광 에너지를 포착해 대부분을 열로 전환시키는 단단한 흑색 탄소 나노튜브로 만들어진다. 

온도가 약 1000°C에 도달하면 인접한 발광층이 그 에너지를 빛으로 방출해 광전지가 흡수할 수 있는 대역으로 좁혀진다. 

방출체는 포토닉 결정(photonic crystal)로 만들어 지며 나노 단위에서 빛의 파장을 조절할 수 있는 구조로 제작된다. 

또 하나의 핵심 기술은 사용할 수 없는 광자를 거의 모두 반사시켜 맞춤형 광선을 전송하는 광학 필터를 추가한 부분이다. 이 '광자 재활용'은 태양전지가 흡수할 수 있는 빛의 양을 늘려 더 많은 열을 생산할 수 있게 하는 '시스템 효율화의 진보'를 달성할 수 있게 했다. 

MIT가 개발한 기술에는 몇 가지 단점도 존재한다. 현재까지는 높은 비용과 진공상태에서만 작동한다. 하지만 효율성과 기술이 개선되면 경제성은 향상될 것으로 기대된다. 

이번 연구를 주도한 에블린 왕 부교수는 "효율성을 높이기 위해 필요한 것이 어떤 것인지 알았다"며 "이제 맞는 요소를 추가로 조정할 수 있다"고 말했다. 

이밖에도 연구진은 태양광 전지의 다른 힘을 이용하는 방안도 모색하고 있다. 열은 전기보다 저장이 용이하기 때문에 장치가 생산한 초과량을 축열 시스템으로 전환하는 것이다. 열을 저장했다가 태양이 비치지 않아도 전기를 생산할 수 있도록 하려는 것이다. 

연구진이 저장장치를 통합하고 효율성을 높일 수 있다면 이 시스템은 깨끗하고 저렴하며 지속적인 태양광 발전을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.