달 먼지로 만든 태양 전지, 미래 우주 탐사에 동력을 공급할 수 있다

우주인의 부츠에 달라붙은 그 흙이 언젠가는 그들의 불빛을 켜놓을 수도 있습니다. 4월 3일 Cell Press 저널 Device 에 발표된 연구에서 연구자들은 시뮬레이션된 달 먼지로 만든 태양 전지를 만들었습니다. 이 전지는 햇빛을 에너지로 효율적으로 변환하고, 방사선 손상을 견뎌내고, 무거운 물질을 우주로 운반할 필요성을 완화하여 우주 탐사의 가장 큰 과제 중 하나인 신뢰할 수 있는 에너지원에 대한 잠재적 해결책을 제공합니다.

"우주에서 사용되는 태양 전지는 현재 놀랍고, 30%에서 40%의 효율에 도달하지만, 그 효율에는 대가가 따릅니다." 독일 포츠담 대학의 수석 연구원 펠릭스 랑이 말했습니다. "그것들은 매우 비싸고 비교적 무겁습니다. 왜냐하면 유리나 두꺼운 호일을 덮개로 사용하기 때문입니다. 이 모든 전지를 우주로 들어올리는 것을 정당화하기 어렵습니다."

지구에서 태양 전지를 운반하는 대신, 랭의 팀은 달 자체에서 구할 수 있는 재료를 찾고 있습니다. 그들은 지구에서 만든 유리를 달의 레골리스(달의 느슨하고 바위가 많은 표면 파편)로 만든 유리로 대체하는 것을 목표로 합니다. 이 변화만으로도 우주선의 발사 질량을 99.4% 줄이고, 운송 비용을 99% 절감하고, 장기적인 달 정착을 더 실현 가능하게 만들 수 있습니다.

이 아이디어를 시험하기 위해 연구원들은 달 먼지를 시뮬레이션하도록 설계된 물질을 달유리로 녹여 새로운 종류의 태양 전지를 만드는 데 사용했습니다. 그들은 달유리와 페로브스카이트를 결합하여 전지를 만들었습니다. 페로브스카이트는 더 저렴하고 만들기 쉽고 햇빛을 전기로 바꾸는 데 매우 효율적인 결정입니다. 우주로 보낸 1g의 물질에 대해 새로운 패널은 기존 태양 전지보다 최대 100배 더 많은 에너지를 생산했습니다.

"무게를 99% 줄이면 초고효율 30% 태양 전지가 필요 없고 달에서 더 많이 만들면 됩니다." 랭이 말했습니다. "게다가, 우리의 전지는 방사선에 더 안정적이지만 다른 전지는 시간이 지나면서 분해됩니다."

팀이 우주 등급 방사선으로 태양 전지를 잽싸게 처리했을 때, 문글라스 버전은 지구에서 만든 것보다 성능이 뛰어났습니다. 표준 유리는 우주에서 천천히 갈색으로 변해 햇빛을 차단하고 효율성을 떨어뜨립니다. 하지만 문글라스는 달 먼지의 불순물로 인해 자연스러운 갈색 색조를 띠어 유리를 안정화하고 더 어두워지는 것을 방지하며 전지를 방사선에 더 잘 견디게 합니다.

달빛 유리창을 만드는 것은 놀랍게도 간단하다는 것을 연구팀은 발견했습니다. 복잡한 정화가 필요하지 않고 집중된 햇빛만으로도 달의 레골리스를 유리로 녹이는 데 필요한 극한의 온도를 제공할 수 있습니다. 달빛 유리창의 두께를 조정하고 태양 전지의 구성을 미세 조정함으로써 연구팀은 10%의 효율을 달성했습니다. 더 많은 빛을 받아들이는 더 투명한 달빛 유리창을 사용하면 23%에 도달할 수 있다고 믿습니다.

그래도 달은 지구가 제기하지 않는 과제를 안고 있습니다. 중력이 낮아지면 달유리가 형성되는 방식이 바뀔 수 있습니다. 현재 페로브스카이트를 처리하는 데 사용되는 용매는 달의 진공 상태에서는 작동하지 않습니다. 급격한 온도 변화는 재료의 안정성을 위협할 수 있습니다. 달 먼지 태양 전지가 실제로 실행 가능한지 알아보기 위해 팀은 달에 소규모 실험을 발사하여 실제 달 조건에서 테스트하기를 바라고 있습니다.

"연료를 위한 물 추출부터 달 벽돌로 집을 짓는 것까지 과학자들은 달 먼지를 활용하는 방법을 찾아왔습니다." 랭이 말했습니다. "이제 우리는 그것을 태양 전지로 바꿀 수도 있고, 미래의 달 도시에 필요한 에너지를 제공할 수도 있습니다."

이 연구는 프라이가이스트 Q14 프로그램을 통한 폭스바겐 재단의 자금 지원을 받아 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250403122628.htm