토마토 색소는 태양광 패널의 효율성을 높이는 열쇠가 될 수 있습니다.

Jun 09, 2023

신종호/iStock

태양광 발전의 주요 단점 중 하나는 태양광 패널의 효율성이 다양하다는 것입니다.

"태양광 패널 효율" 및 "태양전지 효율"이라는 용어는 각 광전지 기술이 사용 가능한 에너지로 전환될 수 있는 햇빛의 양을 나타냅니다.

일반적으로 태양전지 효율은 배치, 날씨, 기타 자연 조건, 사용되는 태양광 발전 시스템 유형에 따라 15~22% 범위입니다.

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하지만 지난 몇 년 동안 필요한 광전지 기술의 발전으로 인해 그 수치가 높아졌습니다.

2022년 이 분야에서 가장 놀라운 발견 중 하나는 토마토를 빨간색으로 만드는 색소인 리코펜이 페로브스카이트 기반 태양전지의 효율을 20.57%에서 23.62%로 증가시킨다는 사실을 발견한 중국 연구진의 공로입니다.

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어떤 종류의 태양광 패널은 다른 태양광 패널보다 성능이 더 좋습니다.

현재 대부분의 상업용 태양광 패널(약 90%)은 실리콘 기반입니다. 실리콘 기반은 최대 25년 동안 지속되고 많은 유지 관리가 필요하지 않기 때문에 상대적으로 비용 효율적인 옵션입니다.

그러나 효율성이 20~25%를 넘는 경우는 거의 없습니다.

실리콘 기반 태양광 패널에는 여러 유형이 있습니다.

비정질 실리콘 태양전지판. 시장에서 가장 저렴한 대안 중 하나인 이러한 종류의 태양광 패널에는 반도체 재료로 작동하는 비정질 실리콘(a-Si)이라고 불리는 비결정 형태의 실리콘 박막이 포함되어 있습니다. 태양전지 효율은 대략 6~13%이다.

다결정 실리콘 태양전지판.이 태양광 패널에는 고순도의 다결정 실리콘 조각이 포함되어 있으며 함께 녹아서 태양전지를 형성하는 얇은 조각으로 만들어졌습니다.

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이러한 실리콘 기반 태양전지판에는 많은 결정이 있어 전자가 결정을 통과하기가 더 어렵습니다. 따라서 이러한 유형의 태양광 패널의 효율은 일반적으로 약 13~16%입니다.

단결정 실리콘 태양전지판. 웨이퍼로 구성된 순수한 단결정 실리콘으로 구성된 이 태양광 패널은 짙은 검정색을 띠고 효율은 약 17~24%입니다. 그러나 제조 과정이 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다.

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그런 다음 광흡수층으로 페로브스카이트 구조의 화합물로 만들어진 페로브스카이트 태양전지판이 있습니다. 이는 티탄산칼슘의 결정 구조를 기반으로 하는 화합물로, 다양한 양이온(양으로 하전된 이온)을 내장할 수 있습니다.

납 할로겐화물 페로브스카이트를 사용하여 만든 페로브스카이트 태양 전지판은 실리콘 기반 태양 전지판보다 저렴하고 효율적입니다(효율률은 약 25%). 그러나 습기, 열, 빛, 기타 요인에 의해 쉽게 분해됩니다.

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수명이 짧기 때문에 이러한 태양광 패널은 현재 시장에서 경쟁력이 없습니다. 그럼에도 불구하고 다른 특성은 유망하며 과학자들은 패널의 안정성, 내구성 및 효율성을 높이는 새로운 방법을 찾는 것을 포기하지 않았습니다.

여기에 '토마토 색소'인 라이코펜이 들어갑니다.

리코펜은 천연 항산화제입니다. 따라서 이는 자유 라디칼을 담당하는 화학 반응인 산화를 억제합니다.

자유 라디칼은 전자 수가 고르지 않은 이온, 원자 또는 분자입니다. 이로 인해 불안정해지고 DNA를 변경하는 반응을 활성화하여 살아있는 유기체에 세포 손상을 일으킬 수 있습니다.

리코펜은 태양의 자외선 복사에 의해 생성된 자유 라디칼에 부착되어 보다 안정적으로 만듭니다. 이런 식으로 색소는 피부 조직의 세포 손상을 줄여 토마토와 기타 붉은 과일을 자외선으로부터 보호합니다.

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이를 알고 중국 연구진은 리코펜이 자외선에 의해 생산되는 페로브스카이트 태양전지판의 열화를 줄여 내구성을 향상시킬 수 있다는 가설을 세웠다.