우주 태양전지Solar Cell

한마디로 말하면

인공위성 사진을 보면 양옆으로 커다란 날개를 펼치고 있는 모습을 볼 수 있어요. 이 날개는 하늘을 날기 위한 것이 아니라, 우주에서 햇빛을 받아 전기를 만드는 발전소예요. 우주에는 전깃줄을 연결할 콘센트가 없기 때문에, 인공위성이나 우주정거장은 스스로 햇빛을 모아 전기를 만들어 써야 한답니다.

어떤 원리일까요?

빛이 특정한 물질(반도체)에 부딪히면 전기가 생기는 성질을 이용해요. 지붕이나 들판에 설치하는 일반 태양전지는 '실리콘'이라는 재료로 한 겹만 만들어요. 그래서 받아들인 햇빛의 약 20%만 전기로 바꿀 수 있어요.

하지만 우주로 물건을 보낼 때는 무게와 부피를 최대한 줄여야 해요. 그래서 우주 태양전지는 갈륨비소 같은 특별한 재료를 여러 겹으로 겹쳐서 만들어요. 빨간빛, 파란빛 등 색깔마다 가진 에너지를 층층이 알뜰하게 흡수하기 위해서예요. 덕분에 햇빛을 전기로 바꾸는 효율이 약 30% 이상으로 훨씬 높아요. 또한 영하 100도에서 영상 100도를 오가는 극심한 온도 변화와 강력한 우주 방사선도 견딜 수 있게 튼튼한 보호막을 씌운답니다.

생활 속에서 비유하면

과일 주스를 만들 때 체로 과즙을 거르는 장면을 떠올려 보세요. 구멍이 큰 체 하나만 쓰면 건더기가 많이 빠져나가지만, 구멍 크기가 다른 체 세 개를 겹쳐 놓으면 크기별로 남김없이 걸러낼 수 있어요.

우주 태양전지도 이와 비슷해요. 성질이 다른 얇은 판을 세 겹 이상 겹쳐 놓아서 다양한 빛 에너지를 빈틈없이 모아 전기로 바꾼답니다. 또 로켓에 실릴 때는 접이식 우산이나 부채처럼 작게 접혀 있다가, 우주의 궤도에 도착하면 활짝 펼쳐지도록 설계해요.

왜 중요할까요?

전기가 끊기면 인공위성은 지상과 통신할 수도 없고, 카메라로 지구를 찍을 수도 없는 우주 쓰레기가 되고 말아요. 즉, 우주 태양전지의 성능이 인공위성의 수명과 능력을 결정해요.

요즘에는 종이처럼 돌돌 말았다가 우주에서 펼치는 가벼운 태양전지판도 쓰이고 있어요. 더 작고 가벼우면서도 전기를 많이 만드는 우주 태양전지가 발전할수록, 우리가 쓰는 위성 인터넷이나 우주 탐사 기술도 함께 발전하게 된답니다.