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(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 달 표면의 암석 부스러기와 먼지로 된 퍼석퍼석한 물질인 '레골리스'(regolith)를 이용해 우주 환경에서 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 태양전지 제작 기술이 개발됐다.
연구팀은 달에서 직접 태양전지를 만들면 고효율 태양전지를 지구에서 가져갈 때보다 운송 물질 무게와 비용을 99% 이상 줄일 수 있다며 달 먼지 태양전지가 미래 우주탐사에서 잠재적인 에너지 공급원이 될 수 있을 것이라고 말했다.
미 항공우주국(NASA) 등 세계 각국이 중장기 우주개발 계획으로 달에 유인기지를 건설해 운영하는 방안을 추진하면서 달에서 물을 확보하고 안정적인 에너지 공급원을 만드는 것 등이 해결해야 할 과제로 떠올랐다.
랑 박사는 "현재 우주에서 사용되는 태양전지는 효율이 30~40%로 매우 높지만, 효율에는 대가가 따른다"며 이 태양전지는 유리나 두꺼운 금속 막을 덮개로 사용해 매우 비싸고 무거워 우주로 발사하는 데 큰 비용이 든다고 지적했다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 지구에서 태양전지를 가지고 가는 대신 달에서 구할 수 있는 재료로 태양전지 제작에 필요한 유리를 만드는 방안을 모색했다.
이들은 먼저 달의 먼지를 모방한 물질을 만들고 이를 녹여 문글라스를 만든 다음, 제작이 쉽고 저렴하며 에너지 전환 효율이 좋은 페로브스카이트와 결합해 10% 효율의 태양전지를 만들었다.
연구팀은 문글라스를 만드는 데는 복잡한 정제과정이 필요하지 않고 집중된 햇빛만으로도 레골리스 모사체를 녹여 유리로 만드는 데 필요한 온도를 얻을 수 있었다며 그 과정이 의외로 간단했다고 밝혔다.
또 일반 유리는 우주에서 갈색으로 변하며 햇빛을 차단, 효율이 서서히 낮아지지만, 문글라스는 달 먼지 불순물 때문에 자연스러운 갈색을 띠고 더 어두워지지 않아 태양전지가 방사선에 더 강해지는 것으로 나타났다.
연구팀은 이 태양전지 효율은 10%지만 이는 우주로 보내는 물질 1ｇ당 에너지 생산량을 지구에서 가져가는 태양전지와 비교하면 최대 100배 더 많은 것이라며 더 투명한 문글라스를 사용하면 효율도 23%까지 높일 수 있을 것이라고 밝혔다.
연구팀은 그러나 달은 중력이 작아 문글라스 형성 방식이 달라지고 급격한 온도 변화가 재료 안정성을 위협할 수 있는 등 다른 과제가 있을 수 있다며 달 레골리스 태양전지의 실현 가능성을 알아보기 위해 달에 소규모 실험 장치를 보내 테스트할 수 있기를 희망한다고 밝혔다.
랑 박사는 "달에서 태양전지를 만들면 우주선 태양전지 운송 중량을 99.4% 줄이고 비용도 99% 절감할 수 있다"며 이 연구는 안정적 에너지원이라는 우주탐사의 가장 큰 과제에 대한 잠재적 해결책을 제시한다고 말했다.
이어 "연료용 물 추출부터 달 벽돌로 집을 짓는 것까지 과학자들은 달 먼지 활용법을 모색해 왔다"며 "이 연구는 달 먼지를 이용해 만든 태양전지로 미래 달 도시에 필요한 에너지를 공급할 수 있는 가능성까지 보여준다"고 덧붙였다.
◆ 출처 : Device, Ortiz et al., 'Moon photovoltaics utilizing lunar regolith and halide perovskites' ,https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(25)00060-2.
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<연합뉴스>
