태양전지 성능을 개선하는 블루레이 디스크

블루레이 디스크는 고밀도 데이터 저장으로 인해 고화질 영화와 텔레비전 드라마를 저장하는 최고의 방법들 중 하나이며 또한 노스웨스턴 대학의 새로운 연구에 따르면 폐기 디스크들에 대한 두 번째 사용으로 태양 전지의 성능을 개선할 수 있다고 한다.

학제간 연구팀은 재키 챈의 수퍼컵이나 만화 페밀리 가이에 상관없이 블루레이 디스크 상에 쓰여진 정보의 패턴이 태양 스펙트럼에 걸친 광흡수를 개선하는데 매우 잘 작동한다는 것을 발견했다. 그리고 연구원들은 왜 이런 현상이 발생하는지 그 이유를 밝혔다.

블루레이 디스크들이 태양전지들을 개선하는데 도움을 줄 것이라는 예감을 가졌고 존재하는 패턴들이 이미 매우 좋다는 것을 발견했다고 맥코믹 공학과 응용 과학 대학에서 재료공학 부교수이며 재료 화학자인 지아싱 후앙 박사가 전했다. 또한 그는 만약 블루레이 기술을 개발하는 전기 공학자들과 컴퓨터 과학자들이 잠재적으로 태양전지에 대한 연구들에 도움을 주는 것처럼 보였다고 덧붙여 말했다.

블루레이 디스크들은 DVD나 CD에 비해 더 큰 밀도의 데이터를 포함하고, 이는 태양전지들의 표면으로 전이될 때 전지의 광흡수와 성능을 개선하기 위한 적당한 거칠기를 제공하는 데이터 저장을 위해 수 십 년 동안 공학자들에 의해 완성된 준 무질서 패턴이다.

맥코믹에서 기계 공학의 부교수인 쳉 선 박사와의 협력으로 후앙과 그의 연구팀은 액션 영화, 드라마, 다큐멘터리, 카툰과 흑백 영상 등 블루레이 디스크들에 저장된 광범위한 영화들과 텔레비전 쇼들을 시험했고 비디오 내용이 어떠한 영향도 끼치지 않는다는 것을 발견했다. 모든 디스크들이 태양 전지 내 광흡수를 증가시키는데 동일하게 잘 작동했다. 이 결과들은 네이처 커뮤니케이션 지에 최근 게재되었다.

태양전지의 영역에서, 만약 거칠기가 태양전지의 표면에 발생하면 전지의 효율을 증가시키도록 광이 더 효과적으로 산란된다는 것은 알려진 사실이다. 과학자들은 합리적인 제조 비용으로 가장 효과적인 거칠기 기법을 오랫동안 찾아왔다.

노스웨스턴 연구원들은 비디오 정보를 저장하기 위해 아일랜드나 핏 (pit)들로 포함된 0과 1 이진 코드들의 블루레이 디스크 줄들이 태양전지에게 넓은 태양광 스펙트럼에 걸쳐 태양 전지의 흡수를 개선시키기 위해 거의 최적화된 표면 거칠기를 제공한다는 것을 실증했다.

그들의 연구에서, 연구원들은 먼저 재키 챈의 영화 수퍼캅을 선택했다. 그들은 폴리머 태양전지의 활성 층 위에 이 패턴을 복제하고 이 전지가 표면에 무질서한 패턴을 가진 비교 태양전지에 비해 더 효율적이라는 것을 발견했다.

후앙 교수는 무질수 패턴이나 거칠기가 패턴이 없는 것보다 더 잘 작동하지만 블루레이 디스크 패턴은 최고의 거칠기를 제공하고 있다는 것을 발견했으며 왜 이런 효과가 발생하는데 그 이유에 대하여 이해하려고 노력했다고 전했다.

후앙 교수는 오랜 동안 이 이유에 대하여 의문을 품었다. 어느날 IBM 데이터 공학자인 그의 아내 샤오롱 리우가 데이타 압축이 이런 효과를 초래할 수 있다고 제안했다. 이는 후앙 교수가 필요했던 통찰력이었다.후앙 교수와 선 교수는 이 아이디어를 조사하기 위해 정보 이론의 전문가인 맥코믹의 동료 교수인 동닝 구어 박사와 이에 대한 연구를 진행했다. 구오 교수는 전자공학과 부교수이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

연구원들은 블루레이 표준에서 데이터 처리 알고리듬을 자세하게 조사하고 이 알고리듬이 두 가지 주된 목적을 제공한다는 것을 알아차렸다. 이는 0과 1의 균일하게 무질서한 순서로 비디오 신호들을 가능한 한 전환함으로써 압축률을 높게 얻었으며 연이은 0과 1의 수를 제한하는 데이터 순서로 조절된 불필요한 중복을 부가하여 에러 내구성을 증가시키는 것이다.

이 두 목적은 150과 525 나노미터 사이 형태 크기들을 가진 아일랜드와 핏 (0과 1)의 준 무질서 배열을 초래했다. 이 영역에서 전체 태양 스펙트럼에 걸쳐 광 포획 응용들을 위해 꽤 잘 구동했다.

블루레이 패턴된 태양전지의 전체 대역 흡수 증가는 21.8퍼센트로 측정되었다고 연구원들이 보고했다.폴리머 태양전지들의 개선과 함께 시뮬레이션은 블루레이 패턴들이 다른 종류의 태양전지들 내에서 광을 포획하는데 폭넓게 적용될 수 있음을 나타냈다. 이는 정보 이론, 나노포토닉스와 재료 과학의 교차점에서 나온 새로운 과학을 볼 수 있는 기대치 않고 순수하게 흥분되는 것이었다고 후앙 교수가 말했다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 태양전지 성능을 개선하는 블루레이 디스크