프린트하고 구부릴 수 있는 유기 태양 전지

우리가 그동안 봤던 태양전지와는 다르게, 유기 광전지는 잉크가 녹아있는 화합불로 만들어지며, 인쇄할 수 있으며 간단한 기술로 모양을 만들어낼 수 있습니다. 그 결과로 가볍고 구부릴 수 있으며 반투명한 필름 형태를 가지고 있고, 태양으로부터 받은 에너지를 전기로 바꿀 수 있습니다. 한나 브루크스튜머는 우리에게 이것이 어떻게 만들어지는지, 그리고 우리가 세상을 바꿀 수 있는 방법에 대해서 이야기합니다.

여러분들은 제가 다른 신발 두 개를
신고 있음을 알아차리셨을 것입니다.

보기에 매우 우습겠죠.

확실히 이상하게 느껴집니다.

그치만 전 말하고자
하는 것이 있습니다.

제 왼쪽 신발을
지속성 발자국이라고 생각해봅시다.

지구가 재생할 수 있는 것보다

인간이 자원을 덜 사용하며,

숲과 해양이 흡수하는 것보다
이산화탄소를 덜 발생시키는 것 말이죠.

이것이 바로 안정되고
건강한 상태입니다.

그리고 다른 신발 한 쪽은
현재 우리의 상황입니다.

너무 크죠.

2017년 8월 2일

지구가 올해 재생할 수 있는 자원을
우리는 이미 다 사용해버렸습니다.

이것은 마치 한달 중 18일만에
자금을 다 써버린 것과 같습니다.

그리고 나머지 시간 동안은
은행에서 빌려써야 하고요.

여러분은 연달아 몇 달 동안
그럴 수 있습니다만,

대책을 세워 행동하지 않는다면

여러분은 곧 큰 문제에
직면하게 될 것입니다.

우리 모두는 이 거대한 착취의
엄청난 결과를 알고 있습니다.

바로, 지구 온난화입니다.

바다의 수면이 높아지고,

극지방에서 빙하가 녹아내리고 있죠.

기후의 패턴이 극변하고
있는 것도 포함됩니다.

저는 이 엄청난 문제들 때문에
매우 좌절했습니다.

저를 더 좌절하게 만든 것은
이 문제들을 해결할 방법이 있는데도

우리가 늘 해왔던 일을
계속 한다는 사실입니다.

전 오늘, 새로운 태양광기술이

지속 가능한 건물에 어떻게 영향을 주는지
여러분과 공유하고자 합니다.

건물은 전체 에너지 수요의
약 40%를 소비합니다.

그래서 이 소비에 대처하면

기후 배출을 상당히 줄일 수 있습니다.

지속 가능한 원리로 지어진 건물은

건물 자체가 필요한 만큼
전기를 생산할 수 있습니다.

이를 가능하게 하려면

가장 먼저, 가능한 한
소비를 줄여야 합니다.

단열처리가 잘 된 벽이나 창문을
사용하는 것과 같이 말이죠.

이런 기술들은 이미 시판되고 있습니다.

그리고 물을 데우는 데
에너지가 필요할 것입니다.

태양열 에너지 시스템을 설치하여

재생에너지를 얻거나,

공기로부터, 또는 열펌프를 통해
에너지를 얻을 수 있습니다.

이런 모든 기술들 또한
사용 가능합니다.

그러면 이제 남은 것은 전기네요.

재생가능한 전기를 얻는 데는
이론 상으로는 여러 방법이 있습니다.

하지만 지붕위에 풍차가 있거나

마당에 수력발전소가 있는
건물이 얼마나 있겠습니까?

아마도 많지 않을 것입니다.
상식적으로 말이 안되는 거죠.

그치만, 태양은 지붕과 외관에
엄청난 양의 에너지를 제공합니다.

엄청난 양의 에너지를
건물 표면에 저장할 수 있습니다.

유럽의 예를 들어 보도록 하죠.

만약 해가 난 방향으로
모든 부분을 활용할 수 있다면

그늘 진 부분은 빼고요.

광발전에 의해 전기가 생산되고,

이것은 에너지 수요의
약 30%에 해당합니다.

그러나 현재 광발전은
몇가지 문제가 있습니다.

가성비는 매우 좋지만,

디자인 면에서는 그다지 좋지 않습니다.

그리고 이것이
미적인 부분에서 문제가 됩니다.

사람들이 태양광 건물에 대해 생각할 때

대부분 이와 같은
사진을 상상하곤 합니다.

이건 아마도 태양 광
농장에서는 가능할 겁니다.

그러나 건물이나 거리,
건축에 대해 생각할 때에는

미적으로 보기에 좋지 않습니다.

그래서 바로 오늘 날 태양광 건물을
많이 보지 못하는 겁니다.

생각했던 것과 맞지 않기 때문이죠.

그래서 우리 연구팀은 전혀 다른
태양광 기술에 대해 연구하고 있습니다.

바로, OPV 또는 유기 태양 전지 입니다.

'유기' 라는 명칭은

빛의 흡수와 탄소 내에서의
전자 이동 원리를 이용한 물질을

사용한다는 것을 의미합니다.

금속을 사용하지 않고요.

진주체인에서의 진주와 같이

반복되는 부분을 여러개 이용해서

고분자의 혼합물을 만들어냅니다.

플러린이라고 불리는 축구공 모양의

작은 분자들도 이용하죠.

이 두 물질이 서로 섞이고 합쳐져서
하나의 잉크가 됩니다.

그리고 이들은 잉크와 같이

유연한 물질에 사용되는
롤투롤 과정에서의

슬롯다이 코팅과 같은 간단한
프린트 기술로 인쇄할 수 있습니다.

이 얇은 막은

태양으로부터 에너지를
흡수할 수 있습니다.

이것은 매우 효과적이죠.

단지 0.2 마이크로미터의
얇은 두께의 막만 있으면

태양으로부터 에너지를
흡수할 수 있습니다.

이 막의 두께는 사람 머리카락의
100분의 1만큼 얇습니다.

고분자 1kg을 가지고

잉크를 만드는 이야기를

예로 들어보겠습니다.

이만큼의 잉크 양으로

미식축구 경기장 크기만한
태양전지를 만들 수 있습니다.

그래서 OPV는 매우 효율적인
물질이라고 할 수 있는 것이죠.

지속성에서 매우 중요한
부분이라고 생각합니다.

인쇄 과정을 마치고 나면,

이것과 같은 태양전지 모듈을
얻으실 수 있습니다.

플라스틱 호일과 비슷해 보이시죠?

실제로 특징도 매우 비슷합니다.

일단, 매우 가볍습니다.

구부릴 수도 있고요.

반투명 하기도 하죠.

그러나 이 태양모듈은
실외에서는 물론이고

지금 보시는 바와 같이
작은 LED와 같은

실내 등에서도 에너지를
얻을 수 있습니다.

플라스틱 형태에서도 사용이 가능합니다.

가볍고 구부릴 수 있다는 장점을
그대로 살릴 수 있죠.

더 따뜻한 지역에서의 건물을 생각할 때는
처음이 중요합니다.

이것 보십시오.
무거운 것을 견딜만한 지붕이 아닙니다.

예를 들어, 겨울에 내리는
눈을 전혀 고려하지 않죠.

그래서 무거운 실리콘 태양전지는
사용될 수가 없습니다.

그러나 가벼운 태양광 호일은
아주 적합합니다.

유연성도 중요합니다.

태양전지와 막 구조를 모두
사용하고 싶다면 말이죠.

전력소로써 시드니 오페라 하우스의
천장을 상상해 보십시오.

아니면, 태양광호일과

유리와 같은 전통적인
건설 자재를 합쳐볼 수도 있습니다.

어쨌든 유리로 된 외관은
적층 안전 유리로 만들기 위해

호일을 포함하고 있으니까요.

제조 공정에서 두 번째 호일을 추가하는 것은
그리 어려운 일이 아닙니다.

그치만 외관에는
태양전지를 포함해야 하죠.

그리고 전기를 생산해내야 합니다.

보기 좋을 뿐만 아니라,

이 태양 전지들은 또 다른
두 개의 이점이 있습니다.

제가 보여드렸던 태양전지가 부착된
지붕을 기억 하시나요?

이런 경우에 우리는
지붕을 먼저 설치하고

층을 올린 다음 태양전지를 설치합니다.

이것이 설치 비용에 추가됩니다.

통합 태양전지의 경우에는

건설 현장에서 단 한개만 설치됩니다.

건물의 외관과 동시에

태양전지를 함께 짓기 시작하죠.

설치 비용을 절약할 수 있고

자원도 절약할 수 있습니다.

두 기능을 하나로 합쳐서
진행하기 때문입니다.

지난 번에, 제가 광학에 대해
이야기한 적이 있습니다.

저는 이 태양 판넬을 정말 좋아합니다.

여러분 중 다른 취향을 가지고 있을수도 있고,
다른 디자인을 원하실 수 있습니다.

문제 없습니다.

인쇄 과정에서

태양전지는 매우 쉽게 모양과
디자인을 바꿀 수 있습니다.

따라서 건축에도 적용될 수 있으며,

기획자와 건물주에게 유용합니다.

그들이 원하는 만큼 전기를
생산하여 통합할 수 있으니까요.

이것이 실험실 내에서만 일어나는 일이
아님을 말씀드리고 싶습니다.

대량 생산을 하기까지는
수년이 더 걸리 것입니다.

그렇지만 우리는 상업화의
끝자락에 와있습니다.

생산라인을 갖춘 몇 회사가 있습니다.

수용력을 키워나가고 있고,

잉크도 점점 발전시키고 있습니다.

(신발을 바꿔신음)

이 작은 신발은 훨씬 더 편안합니다.

(웃음)

제게 딱 맞는 사이즈와 크기이죠.

우리는 에너지를 소비할 때
딱 맞는 크기로 돌아와야 합니다.

그리고 탄소 중화 건물을 만드는 것이
여기에서 중요한 부분입니다.

유럽에서는,

2050년까지 건물에서 탄소가 배출되지
않게 하는 것이 목표입니다.

저는 유기 광전지가
큰 부분을 차지하길 바랍니다.

여기 또 다른 예시들이 있습니다.

이것은 첫 번째로 상업화 설치된 전체가
유기 태양 전지로 인쇄된 것입니다.

"상업화"는 태양 전지가 산업 기기에
사용되었다는 것을 의미합니다.

"태양 나무"라고 불리는 이 부분은
독일 파빌리온의 일부였습니다.

2015년 밀라노 세계 엑스포에서
선보였던 것이죠.

그들은 하루동안 그림자를 지게 해두고

밤에는 전기가 빛을 낼 수
있도록 만들었습니다.

여러분은 아마 이 육각모양이 태양전지에
왜 사용되는지 궁금하실 것입니다.

답은 아주 쉽습니다.

건축가가 천장의 특이한 그림자 패턴을
갖고 싶어했기 때문이죠.

따라서 그렇게 의뢰했고

요청한대로 인쇄했을 뿐입니다.

실제 제품으로 나오기까지는 아직 멀었지만,

형태에 구애받지 않는 설치는
건축가들의 상상력을 불러일으켰습니다.

저희가 예상했던 것보다 많이요.

이런 적용은 프로젝트에 가까웠고

우리가 목표로 하고있는 적용점입니다.

브라질의 사우 파울로에 있는
한 사무실에서

반투명한 OPV 판넬이
유리 외관에 통합된 것을 보았습니다.

각자 다른 필요한 사항을
제공하면서 말이죠.

첫 번째로, 회의실에
그림자를 제공해주었습니다.

둘째, 혁신적인 방법으로 회사의
로고를 표시할 수 있었습니다.

그리고 물론, 전기가 생산되며,

건물의 에너지 소비량을
줄이는데에 한몫을 하죠.

이것이 미래를 향한 한 지점입니다.

건물들이 에너지 소비자가 아닌,

에너지 제공자가 되는 것이죠.

저는 태양전지가

건물과 통합되어

자원 효율적이고 보기에도
좋기를 바랍니다.

지붕에는 실리콘 태양 전지가 좋은 해결책으로
종종 사용될 것입니다.

그러나 반투명한 부분과 구불구불한 표면과
그림자와 같은

외관과 다른 지역의 잠재적인 부분을

최대한 활용할 수 있기도 하면서요.

저는 유기 광전지가
중요한 기여를 할 수 있을 것이라 믿으며

그들이 건축가와 기획자가 원하는 대로
제작될 수 있으리라 믿습니다.

감사합니다.

(박수)