BTU 태양전지 장비사업 추진
BTU international Inc.(Billerica, 매사추세츠 주)는 태양 에너지 개발에 참여하는 신호로 새로운 대체 에너지 사업 그룹을 만들고 두 개의 새로운 태양광 연구소와 매사추세츠 주 Billerica 본사 근처와 중국 상하이에 각각 공정 적용 실험실을 설립했다.
 연구실은 새로운 태양광 공정 능력을 개발하고, 고객이 그들의 광전지를 BTU 시스템에서 실험할 수 있는 장소로 제공하기 위해 사용될 것이다. Billerica 연구실은 올해 3분기에 완공될 것이고, 상하이 연구실은 2008년 5월에 문을 열기로 계획되었다. ACB

Solon S.p.A, 이탈리아로 진출
광전지(PV) 모듈과 산업용 태양광 발전소를 만드는 독일 제조업체 Solon AG의 이탈리아 자회사인 Solon S.p.A는 이탈리아 Padua주의 Carmignano di Brenta에 태양 모듈(solar module)을 만드는 새로운 생산 업체를 설립하여 이탈리아 시장에서 회사의 입지를 강화했다.
새로운 공장은 연간 120㎿의 전력 생산 능력을 가질 것이다. 공사는 2008년 1월에 시작했고 세 개의 전체 자동화 생산 라인 중, 첫 번째 라인이 6월에 가동될 것으로 예상된다. 전체 완공은 2008년 12월까지로 계획되어 있고, Carmignano에 300개의 일자리를 창출할 것이다.
새로운 설비는 거대한 태양광 발전소에 쓰일 쌍축(double-axis) 선로 설비(tracking system)인 Solon mover와 함께 Solon P220 태양 모듈을 생산할 것이다. 앞으로는 연간 30㎿ 전력을 생산하는 G?Veneto, 이탈리아)의 San Pietro내 현재의 공장은 건물 집적(building-integrated) PV에 쓰이는 유리 모듈 같은 주문제작 태양 모듈의 생산에 주로 이용될 것이다. ACB

태양전지, 제조비용 낮출 수 있어
태양전지는 인류가 무한으로 자원을 얻을 수 있는다는 잇점 때문에 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로는 실리콘이 이용되고 있으나 최근에는 노트르담 대학의 연구진에 의하여 보고된 것처럼 크기가 각각 다른 양자점을 이용하거나 코팅을 하여 태양전지의 효율을 증가시키고자 노력하고 있다.
여기에 색감광 태양전지(dye-sensitised solar cell) 제조 분야에 있어 제조 원가를 줄일 수 있는 방법이 개발되었다. 색감광 태양전지는 태양 빛으로부터 에너지로 전환되는 과정을 식물이나 박테리아가 하듯이 자연적인 과정으로 에너지를 얻는 방법을 말한다. 이러한 전지는 그라첼 전지(Gratzel cells)와 유사한 점을 많이 가지고 있어 더 많은 관심이 집중되고 있다.
대부분의 태양전지는 실리콘을 이용하는데, 실리콘 자체의 가격으로 인하여 태양전지의 제조 비용이 올라가기 때문에 실용화에 어려움이 있다. 따라서 이를 대체하고자 하는 노력들이 지난 수 년간 지속되어 왔다.
그에 대한 노력으로는 자연 현상을 모방하는 것을 들 수 있는데, 예를 들면 식물이 태양에너지를 장거리에서 흡수한 후 화학에너지로 변환시키는 과정을 모델로 삼을 수 있다. 이는 식물의 잎에 있는 클로로필(chloro
phyll) 분자가 최적의 상태로 정렬되어 있기 때문인데, 연구진은 이를 태양전지에 응용하여 제조 원가를 줄이는데 성공하였다.
색감광 전지는 반도체에서 티타늄 이산화물이 작용하는 것처럼 색염료가 층의 형태로 존재하여 반응에 참여한다. 이 염료가 태양으로부터 에너지를 흡수하고 여기자(exci
tons)를 생성하게 된다. 이 에너지들이 반도체로 넘어가서 전기적 힘을 발생하게 되는 것이다.
연구진에 따르면 염료는 장난감인 레고 블럭처럼 정교하고 가장 완벽한 형태로 정렬되어 있을때 여기자를 효율적으로 태양전지로 수송하며 이 과정에서 다른 에너지를 소비하지 않기 때문에 제조 효과 면에서 우위를 지닐 수 있다. 이를 위하여 연구진은 여기자가 태양전지 내에서 움직이는 공간을 자연 현상에서와 같이 최대 20나노미터까지 증가시켜 효율을 증대시켰다.
그러나 이번 전지가 그라첼 전지와 다른 점은 그라첼 전지에서는 염료와 반도체가 아주 가깝게 거리하고 있으며 거의 섞여 있다고 봐도 무방하나 이번 전지는 그렇지 못하다는 점이다. 따라서 여기자의 이동거리가 가깝고 에너지 효율면에서 이번에 개발된 방법보다 우수하지 못하다는 단점을 지니고 있다. GTB

렌즈로 빛을 모으는 태양전지
집광배율 1100배
샤프 실용화 위해 원가 절감
샤프는 렌즈 등으로 빛을 발전소자(셀)에 모아서 발전하는 ‘집광형’이라고 하는 타입의 태양전지로 집광할 수 있는 빛의 양을 나타내는 ‘집광배율’이 1천 배 이상으로 세계 최고가 되는 셀을 개발했다. 집광형은 인공위성에 탑재되는 화합물 반도체제 태양전지기술을 응용하고 있는데, 지상에서 사용하기에는 재료비가 비싸다는 것이 과제. 샤프는 작은 면적으로 다량의 빛에 의한 발전을 가능케 함으로써 원가를 삭감. 집광형 태양광 발전 시스템의 실용화로 이어나갈 생각이다. 새로운 셀은 크기가 사방 4.5밀리미터로 집광배율이 1100배. 렌즈 등으로 모아진 태양광 에너지의 40% 이상을 전력으로 변환할 수 있다. 발전능력은 주택용의 다결정 실리콘 태양전지에서 일반적인 사방 15센티미터의 셀에 비해 1.7배. 지금까지 집광배율은 샤프가 2005년에 개발한 700배가 최고였다.
집광형 태양전지 셀은 게르마늄 기판 위에 인듐이나 갈륨 등의 화합물 반도체를 적층하여 제조한다. 게르마늄 기판의 가격이 실리콘 기판의 200~300배가 되는 등 재료가 고가. 따라서 작은 면적에서 대량의 태양광을 모으는 방식이 취해지고 있다.
화합물 반도체는 열에 강하여 태양광을 모아도 작동하지만, 면적을 작게 하면 은 전극 등의 저항으로 변환효율이 낮아진다는 문제가 있다. 이번에 전극의 형상을 연구하는 등의 노력을 통해서 저항을 낮추어 변환효율이 떨어지지 않도록 했다.
일반적인 결정 실리콘형 태양전지의 경우는 표면온도가 높아지면 변환효율이 떨어지는 성질이 있다. 사막 등 건조하고 기온이 높은 지역에서는 집광형 태양전지를 사용하는 편이 발전효율이 좋다고 생각된다. 오스트레일리아 등에서는 집광형 태양발전시스템을 도입하려는 움직임도 있다. 일경산업

대규모 태양광 발전 시스템에 투자하는 PPL사
미국의 PPL 리뉴어블 에너지(PPL Rene
wable Energy)사는 미국 뉴저지주에서 1.7메가와트의 태양 발전 시스템을 설계하고 건설하고 운전할 것이라고 발표했다. 건설이 완료되면 청정 에너지 프로젝트는 미국에서 가장 큰 태양광 지붕 발전 시스템이 될 것이다. PPL사의 사장인 펄 샴페인(Paul T. Champagne)은 PPL사가 미국의 뉴저지, 애틀랜타, 뉴잉글랜드 지역에 다양한 재생에너지프로젝트들에 대한 투자를 증가시키고 있다고 발표했다. 그는 덧붙여서 전력 시장에서의 지속적인 경쟁이 청정 에너지 자원들에 대한 성장을 도와주고 이번 프로젝트와 같은 재생에너지 개발 프로젝트들이 실제로 개발되는 것을 가능하게 해준다고 발표했다.
태양광 지붕 발전 프로젝트를 포함하여 PPL사는 총 10메가와트의 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전 프로젝트들을 소유하거나 제어할 것이다. PPL사는 뉴저지 및 기타 13개주에서 추가 태양광 프로젝트들의 개발을 지속할 것이다.
태양광 발전 시스템은 쉐링-플라우(Schering-Plough) 캠퍼스에 있는 8개의 빌딩 옥상에 설치될 것이다. PPL 리뉴어블 에너지사는 태양광 발전 시스템을 소유하고 운영하며 쉐링 플라우에 전력을 공급할 것이다. 재생에너지 프로젝트들의 개발을 증가시키기 위한 노력의 일환으로서 재생에너지 크레디트는 PPL 에너지플러스에 의해서 구매될 것이다.
전통적인 에너지자원을 대체하는 태양광 발전 기술의 사용은 온실가스 배출을 저감하도록 도와줄 것이다. 쉐링-플라우는 태양광발전기술을 사용하여 2012년까지 온실가스 저감을 5%까지 저감시킬 것이다. 이 시스템은 매년 1백 3십만 파운드의 이산화탄소 배출을 저감시킬 것이며 이 양은 65,900갤런의 휘발유 사용에서 배출되는 양과 동일하다.
지붕 또는 지상에 설치되는 태양광 패널들은 전력 소비가 최고조에 올라 전기 가격이 가장 높은 시간인 낮 또는 피크 타임에 전력을 생산함으로써 전기 요금을 현저하게 저감시킬 수 있다.
PPL사의 사업 책임자인 스티브 가브리엘(Steve Gabrielle)은 태양에너지기술은 에너지 수요를 만족시키기 위해 신뢰할 수 있는 재생에너지자원을 사용함으로써 사용자들의 운전 비용을 저감시키도록 도와줄 것이라고 말했다. 그는 덧붙여서 쉐링 플라우는 태양광발전기술을 이용함으로써 최대 전력 수요의 12%를 충당할 수 있다고 말했다. 이 프로젝트는 2008년 말까지 진행될 것으로 예상된다.
2002년부터 PPL사는 미국에서 태양과 매립지 가스의 에너지전환플랜트들을 포함한 재생에너지설비들을 건설하고 운전해왔다. 향후 5년 동안, PPL사는 태양광, 매립가스, 바이오매스 플랜트들을 포함한 새로운 재생에너지 프로젝트들에 1억달러 이상을 투자할 계획이다. 또한 회사는 5억 달러를 156메가와트의 수력 발전 설비에 투자할 계획이다. GTB

박막 태양 전지의 효율 향상
최근 개발된 빛을 산란시키고 채널을 만들 수 있는 나노구조(nanostructures) 덕분에 캘리포니아 샌 디에고대(University of California, San Diego) 연구진은 태양광을 전기로 변환하는 효율이 45%인 박막형 ‘단일 접합(single junction)’ 태양 전지(solar cells)의 개발에 박차를 가하고 있다. 기존의 단일 접합 전지가 갖는 31%의 이론적 효율 한계를 깨기 위한 연구진의 노력을 인정받아 그들은 최근 미자원부 산하 솔라 어메리카 프로그램(U.S. Department of Energy’s Solar America program)에서 자금을 지원받았다.
2007년 11월 야곱 스쿨(Jacobs School) 에드워드 유(Edward Yu) 연구진은 반도체 양자 우물(semiconductor quantum wells) 및 광자 산란 나노입자(photon-scattering nanoparticles) 등의 나노구조체가 도입된 박막 및 나노와이어 태양 전지 장치의 개발을 위해 미자원부로부터 8십8만5천불을 지원 받았다. 새로 개발된 장치는 박막 태양 전지가 흡수할 수 있는 광자의 수 그리고 소집할 수 있는 전이된 전자 수 모두를 증가시킴으로써 박막 태양 전지의 효율을 크게 향상시킬 수 있었다.
보통의 태양광 조건에서 최대 전력 변환 효율에 대한 최근 평가에 따르면 45%에 이르는 것으로 나타났다. 이는 현재 p-n 접합을 갖는 태양 전지의 이론적 최대 변환 효율인 31%를 크게 상회하는 수치이다. 외관을 보면 개발된 장치는 기존의 박막 태양전지처럼 거동하는 것으로 보인다. 그러나 내부에는 나노구조체를 통해 박막 태양 전지에 양자 우물이 조화롭게 적용되도록 만든다. 양자 우물은 에너지 밴드갭(energy band gap)을 낮춰 광자 흡수를 증가시킴으로써 태양전지 효율을 증가시키게 된다.
과거 연구자들은 저에너지 광자의 흡수 가능성을 증가시키기 위해 양자 우물 구조를 적층함으로써 박막태양전지에 양자 우물을 적용하려 하였다. 하지만, 이러한 방식은 전자-홀 쌍(electron-hole pairs)이 양자 우물에 갇혀 전류 생성이 불가능해지기 때문에 좋지 않을 결과를 낳았다.
이러한 문제를 해결하기 위해 샌디에고 연구진은 나노입자를 이용하여 p-n 접합에 평행하게 배치된 양자 우물 영역 내의 경로에 유입 빛을 산란시킬 수 있었다. 이는 전자와 홀이 탈출하지 못할만한 두께로 양자 우물을 적층하지 않고도 광자가 흡수될 수 있는 시간을 연장시키게 된다. 따라서 연구진의 시스템은 보다 얇은 양자 우물을 갖추고 있는데, 이는 흡수될 수 있는 광자가 양자 우물에서 보다 많이 생성되어 전류를 증가시킴을 의미한다. 이와 같은 원리에 의해 연구진은 높은 광자 흡수 효율, 높은 전자-홀 소집 효율을 동시에 얻어낼 수 있었다.
한편 개발된 시스템에서 광자는 양자 우물을 따라 장거리 경로를 통해 제공되며 캐리어는 짧은 전극 경로를 갖고 있다. 이러한 디자인은 광자 흡수를 최대화하는 반면 태양 전지에서 장치 효율의 주된 손실인 전자-홀 재조합 과정을 최소화하게 된다. 연구진은 이미 박막장치의 기본적인 개념을 입증하였으며, 몇 년 내에 우수한 효율을 갖는 태양 전지가 시장에 소개될 것으로 기대하고 있다. GTB

기존의 태양전지 효율성을 개선하는
기술; 저렴한 태양전지 제조 방안
네덜란드 아인트호벤 공대(TU/e; Eindho
ven University of Technology) 응용물리학과 박사과정인 Bram Hoex가 소속되어 있는 PMP(Plasma & Materials Processing) 연구진은 독일 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institute)와 공동으로 태양 전지(solar cell)의 효율성 개선에 기여하는 연구를 수행했다. 연구 결과는 2008년 5월 14일 미국 샌디에이고에서 개최된 대규모 태양에너지회의에서 발표됐다.
Hoex는 결정질 실리콘(crystalline silicon) 태양전지 앞에 약 30 나노미터(nm)의 산화알루미늄 초박막(ultra-thin film of aluminum oxide)을 적용했다. 이 얇은 박막은 전례 없이 많은 수의 고유 음전하(built-in negative charge)를 갖고 있어 표면에서의 에너지 소실을 거의 완벽하게 차단할 수 있다. 새로운 산화알루미늄 초박막을 이용하여 전체 태양광(solar light)을 태양전지로 전환시킨다면, 조사된 전체 태양광의 23.2%를 전기에너지(electric energy)로 전환시킬 수 있다. 이전에 이용되던 결정질 실리콘의 전환 효율은 21.9%였다.
이러한 태양전지의 효율성 개선은 태양 에너지가 지니고 있는 난제를 한층 용이하게 해결할 전망이다. 1% 가량의 효율성의 개선이 미진한 것으로 보일 수 있으나, 이러한 개선은 태양전지 제조업자의 제품 수행력을 크게 향상시킬 수 있는 것이다. 더 높은 효율성을 갖는 방안은 태양에너지의 원가를 낮추는 가장 효과적인 방법이기 때문이다. 산화알루미늄초박막의 적용은 상대적으로 낮은 비용이 소요될 것으로 예상된다. Hoex의 계산에 따르면, 이러한 전환 효율의 개선이 연간 500백 만 개의 태양전지 제조 라인의 증설을 가능하게 할 것으로 추산된다. 다수의 태양전지 제조업자들이 이 기술에 관심을 보였다.(본문+참조 URL1)
태양전지는 오랫동안 에너지 문제를 부분적으로 해결할 수 있는 유망한 방안으로 고려되어 왔다. 10~15년 이내에 태양전지로 생산되는 전기의 가격이 화석 연료에서 생산되는 기존의 전기 가격에 필적할 것으로 전망된다.
태양전지의 발전을 조명해보면, 1세대 태양 전지는 컴퓨터 칩을 만드는 재료와 동일한 결정질실리콘으로 제작됐으며, 가격이 매우 비싼 단점이 있다. 2세대 태양전지는 결정질반도체(crystalline semiconductor)를 근간으로 제작되지만 역시 값비싼 박막 재료만을 사용한다. 3세대 태양전지는 염료감응형태양전지(DSSC; dye-sensi
tized solar cell)로 아직 연구 단계에 있으며, 수년 이내에 상업적 이용이 확대될 전망이다. GTB

IBM, 태양광발전기술의 비약적인 전진 발표
IBM은 2008년 5월 15일, 태양광발전 기술의 연구가 비약적인 전진을 이룬 것을 발표하였다. 이것에 의해 태양에너지를 이용한 발전 비용을 큰 폭으로 삭감할 수 있을 가능성이 생겼다.
IBM 과학자는 아이가 돋보기를 사용하여 잎을 태우거나 캠프를 하는 사람이 불을 피우는 방법으로 대형렌즈를 사용하여 과거 최고 230와트 태양에너지를 1평방 센티미터라는 작은 태양전지에 집약하였다. 이러한 에너지는 70와트의 이용 가능한 전력으로 변환된다. 이 전력은 집광형태양광발전 장치(CPV)를 사용한 솔러 펌에서 사용되는 일반적인 전지로 얻을 수 있는 에너지의 약 5배에 상당한다.
이 프로젝트를 실험실에서 실용 시스템에 발전시킬 수 있었다면 IBM은 CPV 시스템 비용을 큰 폭으로 내릴 수 있다고 생각하고 있다. IBM의 시스템은 솔러 펌에서 사용하는 광전지 수를 상당히 줄여 렌즈를 대형화하여 각각의 광전지에 의해 많은 광량을 수집함으로써 전체 부품수를 줄여 상당한 비용 삭감을 실현할 수 있다.
예를 들면 1평방 센티미터 근처 약 20와트의 태양에너지를 광전지에 수집하는 200 sun의 시스템(1sun은 화창한 하계 정오의 태양에너지에 상당하는 에너지를 나타내는 단위)에서 IBM연구소가 이번 성과를 낸 1평방 센티미터 근처 약 230와트의 태양에너지를 광전지시스템에 수집하는 2,300
sun의 시스템으로 이행하면 광전지 및 다른 구성부품의 수를 10분의 1로 할 수 있다.
이러한 고밀도화가 가능하게 된 비결은 작은 태양전지를 냉각하는 방식이다.
2,000sun에 상당한 에너지를 이러한 작은 표면적에 응집했을 때 연구자가 최초로 실험으로 경험한 것은 스테인리스가 녹을 만큼 충분한 열이 생성되는 것이었다. 그러나 컴퓨터·칩 냉각을 위해서 연구 개발하고 있던 방식을 차용하는 것으로 이 연구팀은 태양전지를 섭씨 1,600도 이상이라는 고온에서 불과 섭씨 85도에 내리도록 냉각하는 것에 성공하였다.
IBM 리서치·팀은 상용의 태양전지 방식을 마이크로프로세서 용도로 개발한 선진적 IBM 액체 금속 열 냉각 시스템과 조합함에 의해 획기적인 성과를 실현하는 시스템을 개발하였다.
구체적으로는 IBM 팀은 갈륨과 인듐의 화합물에서 생성된 액체 금속층을 칩과 냉각 블록의 사이에 사용하고 있다. 이 층은 열 인터페이스 층으로 불리며 칩의 온도가 낮게 유지되도록 칩으로부터 냉각 블록에 열을 전달한다. IBM 액체 금속 방식은 현재 최고의 전열능력을 저비용으로 실현하고 있다. 이 방식은 이전에 고출력 컴퓨터·칩을 냉각하는 목적으로 IBM에 의해서 개발된 것이다.
집광형태양광발전기술은 1970년대부터 존재하고 있었지만 최근 다시 주목받게 되었다. 태양전지의 온도를 낮게 유지할 수 있어 염가로 매우 높은 레벨에서 태양광을 집광할 수 있는 효율적인 광학소자가 개발되면 그 매우 높은 집광률에 의해 집광형 태양광 발전 기술은 대규모 발전 전용 저비용 태양전력을 제공할 수 있을 가능성을 가지고 있다.
IBM은 현재의 테크놀로지를 이용했던 것보다 염가로 효율적인 실리콘태양전지의 개발, 새로운 액체 프로세스에 의한 박막 태양전지 디바이스의 개발, 집광형태양광발전 및 반도체양자도트나나노와이어라고 하는 나노구조를 베이스로 한 차세대 태양전지 방식이라는 태양광발전의 4개 주요 분야에서 연구를 진행시키고 있다.
이러한 프로젝트의 목표는 태양광발전비용을 삭감하여 복잡성(complex system)을 최소한 억제하고 유연성을 늘려 효율적인 태양광발전방식을 개발하는 것이라고 한다. GTB