새로운 내열 물질이 태양전지의 효율을 엄청나게 향상시킨다

열광전지(thermophotovoltaics) 소자는 태양광을 바로 태양전지 셀에 보내 전기를 생산하는 것이 아니라 중간물이 광을 흡수하여 뜨거워지면 적외선을 방출하게 되는데 이 광이 태양전지에 비쳐져 전기가 생산된다. 여기서 중간물은 광을 흡수해서 열을 생성시키는 흡수체와 열을 적외선으로 변환시키는 이미터로 구성되어 있다. 

(세라믹이 코팅된 텅스텐은 1400 °C 에서 1시간 동안 놓여진 후에도 구조적 짜임새를 유지한다.)

지금까지 열광전지 시스템은 단지 8% 정도의 효율을 갖고 있다. 좋지 못한 특성은 주로 텅스텐으로 만들어지는 중간물에서 발생한 문제때문이다.  

이번에 개발된 열이미터는 복잡한 3차원 나노구조를 갖고 있으며 1000 °C 이상에서 견딘다. 이는 실사용에서 문제없는 수준이다.

고온에서 견디는 열이미터를 위해 연구자들은 텅스텐 이미터를 HfO2(hafnium dioxide) 나노층으로 감쌌다. 이렇게 해서 만들어진 세라믹이 코팅된 이미터를 1000 °C에 놓아 두었을 때 이미터의 구조적 짜임새가 12시간 넘게 유지되었다. 2500 °C에서는 이 이미터는 최소한 1시간 동안 열적으로 안정을 유지했다. 

또한 이 이미터가 태양전지을 동작시키기에 이상적인 적외선을 낸다는 것을 확인했다. 

참고: https://energy.stanford.edu/news/scientists-develop-heat-resistant-materials-could-vastly-improve-solar-cell-efficiency