아주 먼 옛날, 인류는 밝은 빛과 뜨거운 열기를 끊임없이 내뿜는 태양을 올려다보며 경외감을 가졌습니다. 다양한 문화권에서 태양과 관련된 신비로운 설화들이 존재하며, 어떤 곳에서는 태양을 신으로 섬기기도 했습니다. 시간이 흘러 전기가 발견되고 발전기도 발명되면서 인류는 다양한 에너지를 이용해 전기를 만들어낼 수 있게 되었고, 우주를 탐사하며 태양이 지닌 위력에 대해 과학적으로 분석할 수 있게 되었습니다.
그러면서 태양은 신비롭고 두려운 존재에서 풍부한 에너지원으로서 인식되기 시작했고, 상상에 머물렀던 태양에너지의 활용은 과학기술의 발전으로 현실이 되었습니다. 인류가 축적한 지식과 기술이 인간 고유의 상상력과 만나 꽃을 피우게 된 것이죠.
태양에너지를 활용한 발전 중 태양광 발전은 최근 들어 태양광 패널이 도시 곳곳에 설치되며 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 발전 방식이 되었습니다. 그렇다면 우리 생활의 일부가 된 태양광 발전은 어디서, 어떻게, 시작되었을까요?
[태양광 발전의 첫걸음이 된 광전효과의 발견]
태양광 발전의 시작은 무려 180여 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 1839년 프랑스의 과학자 에드몽 베크렐(Alexandre-Edmond Becquerel)이 광전효과를 발견하면서 태양광 발전의 가능성이 열렸습니다. 광전효과란 특정 물질이 빛에 노출되었을 때 전류나 전압이 발생하는 물리화학적 현상입니다.
이후 1883년 찰스 프리츠(Charles Fritts)가 셀레늄(Se) 반도체에 금을 코팅해 1%의 효율성을 갖는 태양전지를 발명했죠. 이는 최초의 태양전지로 사진기의 노출계 등에 사용되었습니다.
1905년에는 천재 물리학자로 알려진 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 빛을 전도성 금속에 비추면 전자가 방출되는 광전효과를 발견해 노벨 물리학상을 수상했습니다. 1918년에는 폴란드의 과학자 얀 코흐랄스키(Jan Czochralski)가 단결정 실리콘을 만드는 방법을 개발했고, 1953년 미국 벨연구소에서 코흐랄스키의 연구에 기반해 실리콘 소재의 태양전지를 만들었습니다.
[태양전지 효율의 향상]
당시 사람들은 태양이 주는 무한한 에너지를 사용하게 될 거라는 기대감에 부풀었습니다. 그러나 당시의 태양전지는 비용 대비 효율이 그리 좋지 않았습니다. 최초의 실리콘 태양전지는 태양광을 4%의 효율로 변환할 수 있었는데, 이는 현대 태양전지의 4분의 1에도 미치지 못하는 수치입니다. 그래서 초기 태양전지는 전동완구처럼 간단한 장치에만 사용되었죠.
그러나 소련과 우주개발 경쟁을 하고 있던 미국 정부는 태양전지를 눈여겨봤습니다. 전력 수급이 어려운 우주선에서 태양광을 에너지로 사용하면 이론상 무한한 에너지 공급이 가능하기 때문이었죠.
그래서 1958년 3월, 효율 9%의 태양전지가 탑재된 뱅가드 1호 위성을 발사했습니다. 뱅가드 1호는 수년간 임무를 성공적으로 수행했지요. 그리고 1966년에는 1킬로와트 태양전지판으로 구동되는 세계 최초의 궤도 천문대를 발사했습니다.
[고효율 태양전지를 향한 기술 발전]
다양한 실험과 기술의 지속적인 발전으로 태양광 발전의 효율도 점차 향상되었습니다. 1957년부터 1960년까지 호프만 일렉트로닉스(Hoffman Electronics)는 태양광 분야에서 획기적인 발전을 이루어 태양광 발전의 효율을 14%로 향상시켰습니다.
그러나 태양전지는 많은 사람들이 사용하기에는 비싸교 비효율적이었습니다. 이를 해결하기 위해 엘리엇 버먼(Elliot Berman) 박사는 저렴한 재료로 태양전지를 개발했고, 와트(W)당 100달러였던 태양전지의 단가는 20달러로 대폭 감소했습니다. 저렴한 가격으로 태양전지를 구매할 수 있게 되자 산간지역이나 섬, 후진국 등에서 태양광 발전을 이용할 수 있게 되었죠.
게다가 2014년에는 완전히 투명한 태양전지가 개발되었고, 에너지 효율도 점점 높아져 50%에 가까워지고 있습니다.
이처럼 태양광 발전은 180여 년 전 광전효과의 발견을 시작으로 눈부신 발전을 거듭해 이제는 인류의 미래와 지구의 환경을 책임질 발전 방식 중 하나로 자리 잡게 되었습니다. 태양광 발전은 여기서 멈추지 않고 앞으로도 쭉 혁신의 길을 나아갈 것입니다.
