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제목 [기본] 두께·가격 1000분의 1로… '미래형 태양전지' 개발 경쟁 등록일 2016.01.29 08:04
글쓴이 앞선넷 조회 580

태양광 시장을 선점하기 위한 '1위' 전쟁이 치열하다. 그 가운데 새로운 물질로 만든 태양전지가 눈길을 끈다. 이를 사용하면 가정집에서 전기를 생산해 내다팔 수도 있다.


지난해 10월 2일 미국의 태양광 업체 솔라시티(SolarCity)는 "세계 최초로 변환효율(태양광 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 비율)이 22%에 달하는 태양전지를 시험 생산하는 데 성공했다"고 발표했다. 그로부터 1주일 뒤 일본 태양광 업체 파나소닉은 "현재 세계 최고 변환효율을 기록한 태양전지는 우리가 만드는 22.5%"라고 반박 자료를 냈다.


그러자 또 다른 미국계 태양광 업체 선파워는 "현재 양산돼 시장에서 판매되는 태양전지 중 최고 변환효율은 우리가 만드는 'X시리즈' 제품의 21.5%"라고 주장하고 나섰다. 기술 선전 경쟁이 불붙은 것이다. 미국의 에너지 전문 매체인 '그린테크미디어'는 "태양광 시장을 선점하기 위해 자신의 기술력을 선전하려다 보니 서로 세계 1위라고 주장하는 일이 벌어지고 있다"고 보도했다.

전력 변환효율 높여라… 뜨거운 '기술 전쟁'

태양광 발전의 기본 원리는 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것이다. 태양 에너지가 실리콘 웨이퍼에 있는 전자(電子)를 활성화해 전기를 만든다. 따라서 동일한 조건에서도 태양전지가 더 많은 빛을 받게 설계하고, 만들어진 전기가 최대한 손실 없이 이동할 수 있도록 변환효율을 높이는 것이 핵심 기술이다.


현재 시장에 나온 제품 가운데 태양광을 가장 잘 흡수할 수 있도록 나온 것은 실리콘 웨이퍼 안에 거울을 설치한 제품이다. 기존 제품의 실리콘 웨이퍼는 빛의 일부를 발전에 쓰지 못하고 그대로 통과시킨다. 하지만 알루미늄 합금 등을 이용해 반사경을 태양전지 내부에 설치하면, 이런 빛 에너지의 손실을 최소화할 수 있다. 한화큐셀은 이런 원리를 이용한 제품 '퀀텀 셀'을 지난해 선보였다. 기존 제품보다 태양 에너지를 10% 정도 더 흡수가 가능하다.


미래형 태양전지로 주목받는 '페로브스카이트'

태양광 과학자들은 '페로브스카이트(perovskite)'라는 새로운 물질을 이용한 태양전지가 가까운 장래에 현재의 주력인 '웨이퍼 태양전지'의 강력한 도전자가 될 것으로 전망하고 있다.


페로브스카이트는 반도체와 도체, 초전도 현상까지 가진 독특한 물질로 기존의 요오드화납 같은 다양한 화학물질에서 추출 가능하다. 이를 녹여 전도성이 있는 막이 형성된 플라스틱 또는 유리기판에 평평하게 바른다. 이후 석탄에서 추출한 톨루엔을 떨어뜨려 표면을 더욱 매끈하게 만들어 태양 에너지를 잘 흡수할 수 있도록 처리한다. 이렇게 만들어진 '페로브스카이트'가 기존 태양전지에서 전자를 생성하는 웨이퍼와 같은 역할을 한다

'페로브스카이트' 태양전지, 생산단가 크게 낮출 수 있어 주목

'페로브스카이트 태양전지'는 현재 웨이퍼 태양전지와 엇비슷한 19% 안팎의 변환효율까지 기록했다. 이것의 장점은 두께가 얇다는 것이다. 기존 실리콘 웨이퍼의 두께는 150~200마이크로미터(1마이크로미터=100만분의 1미터)지만, '페로브스카이트'의 두께는 250~300나노미터(1나노미터= 10억분의 1미터)에 불과하다. 기존 실리콘 두께의 1000분의 1 수준이다.


더 큰 장점은 가격이다. 실리콘 태양전지는 중간재인 폴리실리콘과 잉곳을 용광로를 통해 녹여야 하는 등 중간 제조공정 비용이 많이 든다. 하지만 '페로브스카이트'는 일반적인 화학 물질인 요오드화납 등으로 만들 수 있어, 일부 전문가는 생산 단가가 최대 1000분의 1까지 내려갈 수도 있다는 전망까지 내놓고 있다.


태양전지 생산 비용이 싸지면, 설치 비용도 덩달아 내려간다. 이렇게 되면 각 가정에서도 태양광 설치가 늘어나고, 개인이 생산한 전기를 시장에 판매하는 것도 가능해진다. 우리 정부도 개인이 태양광 등을 통해 생산한 전력을 직접 이웃에게 판매할 수 있도록 하는 방안을 추진 중이다.(조선)


폴리실리콘 : 암석·모래에서 규소(Si) 성분을 추출해 초순도로 가공한 것

잉곳 : 폴리실리콘을 녹여 원기둥이나 사각형 모양으로 만든 것

실리콘 웨이퍼 : 잉곳을 얇은 판으로 가공한 것

태양전지(셀) ; 태양 에너지를 전기로 만드는 장치

모듈 ; 최종 설치를 위해 태양전지를 이어 붙여 연결한 것

페로브스카이트 ; 요오드화납 등에서 추출한 물질로 반도체와 도체 특성을 지님

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