최근 지구온난화에 의한 자연재해 문제가 심각해지면서 전 세계적으로 온실가스 배출량을 의무적으로 감축해야 하는 문제가 화두로 떠오르고 있다. 이에 따라 풍력, 지열, 조력, 태양에너지 등 새로운 녹색에너지에 대한 관심도 더욱 높다. 특히 태양광발전은 세계 각국 정부의 적극적인 지원정책으로 최근 2-3년 사이에 30 % 이상의 빠른 성장을 보이고 있는 분야이다. 하지만 일사 에너지와 태양전지효율을 평가하기 위해서는 선진국의 측정표준에 의존할 수밖에 없어서 국내 태양광산업과 디스플레이 산업 발전에 걸림돌이 되어 왔다.

▲ 개발한 복사휘도/조도 표준기 'KRISS-RISE' 전체모습

최근 국내 연구진이 태양광과 LED를 정확하게 평가할 수 있는 표준기를 국산화하는데 성공했다. KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 온도광도센터(센터장 박철웅)는 LED 조명과 인공태양광 평가를 위한 측정 표준기인 복사휘도/조도표준기 'KRISS-RISE'(크리스 라이즈) 개발에 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 ‘KRISS-RISE’에 들어가는 고성능 분광복사계를 자체 개발하고 3,500 K(켈빈, 절대온도의 단위)에 도달할 수 있는 흑체를 러시아 표준기관(VNIIOFI)과 공동으로 설치했다. 흑체는 불투명한 물체로 같은 온도로 가열할 경우, 가장 많은 복사에너지를 방출한다.

연구팀은 분광복사조도 표준을 250 nm(나노미터, 1 nm는 10억분의 1 m) 부터 2.5 μm(마이크로미터, 1 μm는 100만분의 1 m) 수준까지 확립했으며, 이는 세계 최고 수준이다. 

현재 이 기술을 사용해 조도 표준전구를 공급하는 나라는 미국(NIST), 독일(PTB), 영국(NPL) 국가표준기관 뿐이다. 그 동안 한국은 미국 국가표준기관에서 공급받은 표준전구를 사용해 국가표준을 유지해왔다. 이 기술의 개발로 독자적인 표준을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 외국표준기관에도 표준전구를 공급할 수 있어 수출 가능성도 기대된다.

태양광 기술개발의 궁극적 목표는 광전기 변환효율을 높여주는 고효율 태양전지 양상 기술을 확보하는 것이다. 태양전지의 광전기 변환효율이 2 %만 증가하더라도 태양광발전 시스템 비용을 10 % 정도 낮출 수 있게 된다. 절전형 기구이면서 반영구적이어서 차세대 조명으로 부상하고 있는 LED 조명 역시 전력대비 방출되는 광출력을 판단하는 조명효율을 향상시키는 것이 필수적이다.

LED에서 나오는 빛이나, 태양으로부터 오는 빛의 출력은 파장에 따라 세기 분포를 정량적으로 측정할 때 조명효율이나 변환효율의 정확한 평가가 가능하다. 자연태양광을 이용할 때 일기에 따라 달라지는, 지표면에 떨어지는 복사조도를 정량적으로 측정해야 한다. 인공태양광을 사용할 때는 이 광원이 파장별로 자연태양광과 그 세기가 얼마나 일치하는가를 정량적으로 평가하는 것이 중요하다.

연구팀은 개발한 표준을 전달용 표준전구에 이전하여 국가교정시험기관이나 태양전지, LED, 디스플레이 등 관련 산업체에 보급할 계획이다. 이 표준전구는 'KRISS-RISE'를 기준으로 빛을 분광시켜 각각의 파장별로 세기를 정확하게 측정해 만들어진 것으로 그 동안은 미국에서 도입해 왔다. 

이 연구를 주도한 신동주 박사는 “이 결과가 태양광 산업의 필수 평가 장비인 인공태양광산업의 신뢰도를 높이는 것은 물론 인공위성 탑재용 표준광원 및 카메라의 성능 평가에도 활용될 것”이라고 말했다.
- 인공위성 탑재용 표준광원은 지구에서 방출되는 빛을 재거나 별빛 관측 등에 활용할 수 있다. 또한 광원의 분광분포는 광원이 발산하는 색을 결정하기 때문에 디스플레이 평가의 핵심표준으로 활용될 수 있다. 

확립한 측정표준은 최근 국내 반도체 산업에서 활용도가 급격히 증가하고 있는 분야인 자외선복사계의 교정은 물론 자외선 차단제의 차단지수 평가나 자외선 지수/예보와 같은 생활 기상에도 활용할 수 있다.

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