"빛 안 드는 바닷속서 태양광 발전"…수심 10m서 배터리 충전

중국 연구진들이 세계 최초로 수중 태양광 발전소를 구축해 실제 전력을 생산하는 데 성공했다고 인터레스팅엔지니어링 등 외신이 최근 보도했다.

중국 윈난대학을 중심으로 한 연구진은 페로브스카이트 기반 태양전지 시스템을 사용해 빛이 도달하지 않는 해저 10m 깊이에 시험용 발전소를 설치했다. 해당 연구 결과는 이번 달 국제 학술지 ‘줄(Joule)’에 발표됐다.

최근 화석연료 탈피를 위한 노력으로 풍력과 태양광 등 재생에너지 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 태양광 발전은 건물, 자동차 등 다양한 영역에 적용되고 있지만, 물속은 햇빛이 잘 들지 않아 태양광 활용이 불가능한 영역으로 여겨져 왔다.

중국 연구진이 설계한 수중 태양광 패널의 모습 (제공= Ma et al., Joule, 2026)

그 동안 수중 태양전지 연구는 대부분 수심 2m 안팎의 얕은 물에 진행돼 실제 수중 장비가 작동하는 환경과는 거리가 멀었다. 반면 연구진은 해저 탐사 장비 등에 직접 전력을 공급할 수 있도록 수심 10m에서도 작동하는 태양전지를 설계했다.

수심이 깊어질수록 햇빛은 급격히 약해진다. 특히 일반적인 실리콘 태양전지가 주로 흡수하는 적색광은 물속에서 거의 차단된다. 이에 연구진은 청록색 빛이 주를 이루는 바닷속 환경에 맞춰, 1.96eV(전자볼트)의 넓은 밴드갭을 가진 페로브스카이트 태양전지를 채택했다. 페로브스카이트 소재는 빛 흡수 대역을 조절하기 쉽고 어두운 환경에서도 뛰어난 효율을 발휘한다.

해수의 강한 부식성과 수압에 따른 누수 문제도 해결했다. 연구진은 결정화 첨가제인 ‘폴리헥사메틸렌구아니딘 염산염(PHMG)’을 더해 전지의 내부 안정성을 높였다. 여기에 부틸 고무와 커버 글라스, 투명 에폭시 수지 보호층을 겹겹이 씌워 완벽한 방수•내압•내식성 구조를 완성했다.

그 결과 수심 10m 환경을 모사한 실험실 시뮬레이션에서 0.0895㎠ 크기의 소형 태양전지는 34.71%라는 높은 광전변환효율(PCE)을 기록했다. 28.79㎠ 크기의 대형 모듈에서도 29.4%의 효율을 나타내 약한 빛도 효율적으로 전기로 바꿀 수 있음을 입증했다.

내구성 역시 뛰어났다. 모의 해수 침수 테스트에서 이 장치는 1000시간이 지난 후에도 초기 효율의 99.58%를 유지했다. 섭씨 25도 기준 연속 작동 시 성능이 80% 수준으로 떨어지는 데 걸리는 시간(T80 수명)은 4만8904시간으로 추정돼, 바닷속에서 5년 이상 안정적으로 작동할 수 있음을 보여줬다.