[반이아빠의 장난감 속 반도체] 변신자동차 또봇 1편

“고! 고! 렛츠고 또봇! 고! 고! 렛츠고 또봇!”

요즘 반이가 가장 많이 부르는 노래는 바로 <또봇>의 초창기 주제가입니다. 또봇은 변신하는 자동차 로봇들로, 2010년에 1기로 시작하여 얼마 전 19.5기까지 방영된 3D 로봇 애니메이션의 주인공들이자 유명 완구회사에서 제작 판매하는 장난감입니다. 지난 1월호까지 소개했던 <로보카 폴리> 시리즈 변신 자동차들보다는 아래 장면에서와같이 좀 더 복잡하고 정교하며 세련된 모습을 하고 있습니다.

▲ 로봇 상태의 또봇, 좌측부터 Z, X, Y

사진출처 : 또봇 애니메이션 중

특히 또봇은 자동차 회사와의 라이센스를 통한 실제 차량을 모델로 합니다. 이를테면 아래 장면과 같이 또봇X는 쏘울, Y는 포르테쿱, Z는 스포티지R 등의 모습을 하고 있어서 현실감이 매우 높습니다. 이제 네 살이 된 반이는 거리에서 차의 뒷모습만으로 해당 차량의 모델명(물론 또봇의 모델명)을 맞히곤 합니다.

▲ 자동차 상태의 또봇, 좌측부터 X, Y, Z

사진출처 : 또봇 애니메이션 중

또봇은 작년에 돌풍을 일으킨 <터닝메카드>라는 장난감이 나오기 이전까지 남자아이들이 가장 선호하는 장난감 1순위였습니다. 7년여간 방영된 탓에 등장인물과 또봇의 종류만도 무척 많은데요, 오죽하면 엄마들의 입에서 “새로운 캐릭터의 변신자동차가 또 나와서 또 사줘야 하니까 또봇이다.” 라는 우스갯소리가 나올 정도였다고 합니다.

또봇에겐 중요한 특징이 몇 가지 있는데요, 그중 하나가 바로 태양 에너지(Solar energy)를 에너지원으로 사용한다는 점입니다. 애니메이션상에서 또봇은 ‘차도운’ 박사가 만든 것으로 되어 있는데, 차 박사가 또봇의 파일럿인 아이들의 미래를 생각하며 그린 에너지 시스템을 개발, 친환경 에너지인 태양 에너지를 사용하게 됩니다. 애니메이션 3기에서는 악당들이 거대한 구름으로 대도시(극 중 배경이 되는 실제 도시(city)의 이름이 대도市입니다. ^^) 전체를 가려버리자, 태양 에너지를 쓸 수 없게 된 X, Y가 합체한 또봇인 타이탄의 에너지가 바닥나 고전하는 내용을 담고 있습니다.

▲ 태양 에너지를 충전하는 또봇 타이탄의 모습

사진출처 : 또봇 애니메이션 중

태양 에너지는 크게 빛에너지와 열에너지로 나눌 수 있습니다. 그중 Solar cell이라고 불리는 태양전지는 태양이 방출하는 빛에너지를 이용하여 전기를 만들어 냅니다. 태양전지는 반도체에 빛을 쏘이면 전기가 발생하는 원리를 이용하는데, 이를 광기전력 효과라고 합니다. 이러한 반도체 재료로서는 실리콘, 갈륨비소, 황화카드뮴 혹은 이들을 복합물질 등이 이용됩니다. 태양전지의 작동원리는 전기에너지를 빛에너지로 변환시키는 LED의 반대라고 생각하면 됩니다. (LED 관련 지난 기사를 참조해보세요 http://amkorinstory.com/724)

태양전지는 아래 그림과 같이 보통 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 되어 있습니다. 원자 속의 전자가 전도띠로 갈 수 있는 빛에너지를 흡수하면, p형 반도체와 n형 반도체 속에 정공(+)과 전자(-)가 생성됩니다. p-n 접합에서 만들어진 전기장에 의해 전자(-)는 n형 반도체 쪽으로 이동하고 정공(+)은 p형 반도체 쪽으로 이동합니다. 이때 p형 반도체와 n형 반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부 회로로 흐르게 하면 전기에너지를 얻을 수 있습니다.

▲ 태양전지의 원리

사진출처 : http://goo.gl/30KMUF

태양전지는 필요에 따라 직렬, 병렬로 연결하여 사용하는데, 기본 단위를 셀(Cell)이라고 하며 이 셀들을 연결하여 필요한 전력을 얻기 위한 모듈(Module)을 형성합니다. 이 모듈들을 연결하여 설치하면 태양발전 어레이(Array)가 됩니다. 태양전지로 전력을 확보하기 위해서는 큰 어레이와 넓은 설치 면적이 필요합니다. 소규모 태양발전 어레이의 경우에도 보통 건물의 옥상을 이용하며 창문이나 벽에 설치하는 방법도 등장하고 있습니다.

기존의 태양전지와 다른 종류로는 염료 감응형 태양전지 (dye-sensitized solar cell)라고 하여 식물의 광합성을 모사하여 염료의 화학적 반응을 이용한 태양전지와 기존의 실리콘 대신 유리와 같은 값싼 기판 위에 박막 형태의 태양전지를 증착함으로써 전기를 만드는 박막 태양전지 (Thin film solar cell) 등이 있고, 각각 효율과 가격 등에 따른 장단점을 갖고 있습니다. 태양광 발전이 종래의 화석이나 원자력 발전과 경쟁하기 위해서는 kWh당 발전비용을 현재의 4분의 1 수준으로 낮추어야 한다는군요. 그 방법은 효율을 높이거나 값이 싼 새로운 소재를 찾아내야 하는 것이겠지요.

이처럼 아직까지는 태양전지의 에너지 효율이 떨어지는 편인데, 이를 극대화하여 사용할 수 있는 곳이 있습니다. 바로 인공위성입니다. 개발 초기 태양전지의 효율은 4%에 불과했다고 하네요. 하지만 이것은 어디까지나 지구에서의 수치였고, 우주에서는 사정이 완전히 다릅니다. 대기에 의한 에너지 손실도 없을 뿐 아니라 지구 뒤편의 그늘로 들어가지 않는 이상, 태양전지판의 방향과 위치를 조절하는 것만으로 온종일 최대 효율로 전기를 생산할 수 있기 때문입니다.

▲ 통신위성 인털샛 5호의 태양전지

사진출처 : http://goo.gl/6Tew1b

한편 일상생활에서 태양전지는 바로 아래와 같이 탁상용 전자계산기나 손목시계 등에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 그리고 오른쪽 사진처럼 조금은 엉뚱한 것 같아도 알고 보면 정말 값어치 있게 쓰이는 곳도 있습니다.

▲ 탁상용 전자계산기와 낙타 등에 설치된 Solar cell 

사진출처 : https://goo.gl/dM4Y25

낙타 등위에 설치한 태양전지로 작동하는 친환경 냉장고입니다. 과연 어떤 상황에 사용하길래 태양전지까지 설치해 놓았을까요? 이 프로젝트는 오지에 사는 원주민들의 건강 증진을 위해 노력해 온 케냐의 한 단체에서 제안한 것으로, 태양광을 이용하는 소형 냉장고를 만들어 낙타 등에 싣고 다니면서 오지에 사는 원주민들에게 백신이나 의약품을 전달해 주려는 목적이라고 하네요. 태양광이 인류복지를 위해 쓰이는 예라고 할 수 있습니다.

많은 종류 중에서 과연 어느 또봇을 먼저 소개해야 할지 막막하지만, 다음 시간부터 하나씩 하나씩 차례대로 만나보면서 또봇들에게 숨겨져 있는 반도체들을 만나보도록 하겠습니다! 즐거운 하루 되세요.

감수 / 기술연구소 연구1팀 정지영 팀장

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WRITTEN BY 양원모

초등학교 때 꿈은 과학자가 아니면 야구선수였고 중학교 때 꿈은 작가였다. 고교에서는 전자과를, 대학에서는 문예창작학과를 졸업했다. 지금은 연구소 실험실에 근무하면서 주말에는 사회인야구를 하고 이제 사보에 기고하게 되었으니 어지간히 꿈을 이루고 사는 편이다.

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