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에너지를사용하는새로운기술로는태양전지,연료전지,하이브리드등이연구되고있으며,이가운데일부는이미우리생활과산업에이용되고있다.태양전지지구에도달하는태양에너지는태양이방출하는전체에너지가운데20억분의1에불과하다.그가운데약70%정도만흡수되고나머지30%는다시우주공간으로반사된다.그렇다고하더라도지표면에는1m2당1초에1,000W정도되는양의에너지가도달한다.이것은가정에서많이사용하는20W전구식형광등50개를켤수있는에너지다.태양전지를이용하면이런막대한양의태양에너지를직접전기에너지로전환시킬수있다.태양전지는1954년미국에서발명했으며,인공위성에처음으로사용되었다.당시태양전지의발전효율은불과4%정도였다.지금도태양전지의효율은보통10%정도이지만,최근에는효율이40%가넘는태양전지도개발되었다고한다.태양전지는다양한물질로만들수있지만,가장널리쓰이는것은규소이다.규소에극소량의다른원자들을첨가하면다른원소에서볼수없는전기적현상이일어나는데,이현상을응용하여태양전지를만든다.태양전지는n형반도체와p형반도체가서로맞붙어있는샌드위치형태를하고있는데이를p-n접합이라고하며,태양광이닿는표면이n형반도체쪽이다.태양전지표면에는가능한한많은양의태양광을흡수하기위해빛의반사를막는반사방지막이코팅되어있다.많은양의태양광을받을수록더많은전류를흐르게할수있기때문이다.그러면태양전지는어떻게태양광으로전기를만드는것일까?태양광이태양전지에닿으면태양광이가진에너지가규소반도체의전자에게전달되고,에너지를얻은전자는규소원자핵으로부터벗어나자유롭게움직일수있게된다.이때p-n접합부에형성된전기장에의해전자는n층의표면으로이동하고,원래자리는빈곳이된다.이빈자리는양공이라고하며,+전하를띤다.양공은p층의표면으로이동한다.이때두층을전선으로연결하면n층표면의전자들이전선을통해p층쪽으로이동하므로전류가흐르게된다.이과정은태양광이비치는동안계속되고,이에따라전기에너지가생겨난다.이와같이어떤물질이특정에너지이상의빛을받아전자가방출되는현상을광전효과라고한다.태양전지하나의발전량은1.5W정도밖에되지않으므로전기용품을이용하기에는부족하다.따라서전기를생산하는데에는여러개의태양전지를직·병렬로연결한태양전지모듈을사용한다.그리고실제사용할때에는이러한모듈을여러개합쳐서설치한다.연료전지연료전지는1839년영국의물리학자윌리엄그로브가처음발명하였지만1960년달탐사우주선에물과전기를공급하는동력원으로장착되면서부터주목받게되었다.연료전지는‘전지’라는말이붙어있지만전기를지속적으로생산하는일종의‘소형발전소’이다.연료전지는수소를직접연소시키지않고,전극을이용해산화시켜서전기에너지를생산한다.산화·환원반응을이용해전기에너지를발생시키며+극과-극으로되어있다는점에서는일반전지와비슷하지만반응물질인수소와산소를외부에서지속적으로공급해주고생성물질이배출된다는점에서차이가있다.따라서일반전지처럼성능이떨어지거나방전되지않는다.가장대표적인연료전지는수소를연료로하는수소-산소연료전지이며,이외에탄화수소,메테인등을연료로하는연료전지도개발되었다.연료전지에서연료인수소와산화제인산소는전해질로구분된연료전지의두영역으로각각들어가며한영역은-극으로작용하여수소의산화가일어나고,다른영역은)극으로작용하여산소의환원이일어난다.산화반응으로수소가잃은전자는환원반응에서산소가받아들인다.이것을화학반응으로나타내면다음과같다.-극반응산화반응:H2→2H++2e-+극반응환원반응:1/2O2+2H++2e-→H2O즉,수소-산소연료전지의전체반응은수소와산소가반응하여물이생성되는반응이다.전체반응:H2+1/2O2→H2O이반응식은수소와산소의연소반응식이다.하지만연료전지에서의반응은일반적인연소반응과달리에너지의대부분이열의형태로전환되지않고약60%가전기에너지로변환된다.그런데수소와산소가만나면반응하여폭발하지않을까?수소와산소가직접접촉하지않고-극에서수소이온과전자로분리된후,+극에서산소와반응하기때문에폭발의위험성은없다.연료전지는수소와산소의반응으로많은에너지를생산해낼수있으므로기존의내연기관보다효율적이다.연료전지는유일한부산물이물H2O이므로환경오염을거의일으키지않기때문에환경친화적인에너지이다.연료전지는소규모의휴대용전자기기에서부터자동차나대형발전장치에이르기까지넓은영역에적용할수있다.그러나연료인수소가휘발유와같은기존연료보다가격이비싸며,이를사용하기위한효율적인저장기술,그리고안정성의확보등해결해야할숙제가남아있다.하이브리드기술전기자동차는가솔린자동차보다앞선1873년에개발되었지만무거운전지와잦은충전,그리고느린속력때문에실용화되지못했다.그런데작고가벼운연료전지가개발되면서최근에는전기자동차에관심이높아지고있다.하지만아직까지전지만으로작동하는전기자동차는일반화되지못하고있다.많은장점에도불구하고기존의가솔린자동차가주는편리함과성능을대체하지못했기때문이다.이러한이유로등장하게된것이내연기관과전지를혼합한하이브리드자동차이다.하이브리드자동차는두가지이상의동력을모두사용한다.가솔린엔진과전기모터또는디젤엔진과전기모터를사용하여연비와배기가스를개선하고,출력을높일수있다.기존의가솔린자동차는엔진의힘을바퀴회전력으로전달하지만,하이브리드자동차는엔진과변속기사이에회전속도가좋은전기모터와축전지가추가로장착된다.그래서자동차의시동을걸때또는도심에서처럼시속30km이하의저속주행을할때에는전지에연결된전기모터를사용하도록설계되었다.또한최대한축전지를충전하기위해,브레이크를밟을때자동차바퀴의운동에너지가축전지에충전되도록설계되어있다.이런이유로하이브리드자동차의연비는일반적으로가솔린자동차보다높다.아직까지는차량가격및유지면에서기존의가솔린자동차들이대세를이루고있지만,에너지대안자동차의완성도가높아지고가격이일반자동차와비슷해지면하이브리드자동차나연료전지를이용한전기자동차가증가할것이다.앞으로태양전지와연료전지,그것을이용한새로운에너지기술들은어떻게발전할까?무엇보다도환경오염을유발하지않거나줄이는것이중요하다.그것이기존의화석연료를대체하기위해가장필요한요소중하나이기때문이다.하지만무엇보다도열효율의향상이가장먼저해결해야할과제이다.특히,태양에너지를이용하는경우에는연료의고갈이나환경문제에대한부담이적기때문에현재의낮은열효율이큰문제가되지않지만장기적으로는열효율을높이는것이꼭필요하다.앞으로태양전지와연료전지,하이브리드기술등에더많은연구개발이지속되면많은분야에서화석연료를대체할수있을것으로전망된다.