미쓰비시(Mitsubishi) 전기, 태양광 발전 시스템 생산체제 증강
미쓰비시전기주식회사는 태양광 발전 시스템의 급속한 수요 확대에 대응하기 위해 나카츠가와(Nakatsugawa) 제작소 이이다(Iida) 공장 및 교토(Kyoto) 공장의 태양전지 셀룰러 인·모듈 라인을 증설하여 현재 150MW 연간 생산 능력을 2008년 10월부터 220MW로 증강하기로 결정하였다고 한다.
미쓰비시전기는 향후에도 태양광 발전 보급 촉진에 노력하여 수요 동향을 확인하면서 2012년에 연간 생산 능력 500MW 생산체제 확립을 목표로 할 것이라 한다.
현재 태양광 발전 시스템 시장규모는 지구 온난화 방지를 위한 CO2 배출량 삭감의 국제적인 대처를 비롯한 환경보전 의식 고양이나 원유 등의 상승을 배경으로 급속히 확대되고 있다. 미쓰비시전기는 2008년도 세계 시장규모를 1,950MW(2007년 대비 126%) 정도라고 전망하고 있어 향후에도 세계적인 수요 확대를 예측하고 있다고 한다.
미쓰비시전기그룹은 2007년 환경 경영 장기 비전으로서 ‘환경 비전 2021’을 책정하여 CO2 배출량을 삭감하는 대처의 하나로서 태양광 발전 시스템의 새로운 보급과 발전 효율 향상을 내걸고 있다.
미쓰비시전기는 일본 국내외 합계 2008년도 출하 용량(MW베이스)을 2007년도 대비 약 30% 증가로 전망하여 향후 왕성한 수요에 대응하기 위해 이번에 약 70억 엔(약 686억 원)의 설비 투자를 실시해 이이다(Iida) 공장의 셀 제조 라인 및 교토(Kyoto) 공장의 모듈 제조 라인을 증강할 것이라 한다. 이에 의해 현재 150MW의 태양전지 셀룰러 인·모듈 라인의 연간 생산 능력은 2008년 10월부터 220MW로 확대된다. 그리고 2012년에는 연간 생산 능력 500MW 체제 확립을 목표로 할 것이라 한다. 또한 태양전지 셀 기판이 되는 실리콘 웨이퍼에 관해서는 안정 조달이 목표라고 한다.
미쓰비시전기는 향후 생산체제 강화를 진행시킴과 동시에 이번에 세계 최고 광 전기분 변환 효율(주 1) 18.6%(주 2)를 달성한 다결정 태양전지 셀과 업계 톱(주 3)의 전력 변환 효율 97.5%의 파워 컨디셔너와의 조합에 의해 태양광 발전 시스템으로서의 효율을 더욱 추구할 것이라 한다. 그리고 미쓰비시전기는 세계적인 태양광 발전 시스템의 보급 촉진에 노력하여 지구 환경 보전과 지속 가능형 사회 실현에 공헌할 것이라 한다.
(주 1) 태양광 광 에너지를 전기 에너지(직류)로 바꾸는 효율
(주 2) 변환 효율의 공적 인증기관인 일본 산업기술 종합 연구소(AIST)에 있어서의 평가 결과
(주 3) 2008년 3월 19일 현재, 일본 국내 주택용 태양광 발전 시스템용 파워 컨디셔너 양산 기종 중. GTB

미래 태양 에너지 주택의 청사진
호주 퀸즐랜드 공과대학(QUT; Queens
land University of Technology) ISR(Insti
tute of Sustainable Resources)에서 수행된 연구 덕분에, 가까운 장래에 사람들은 유리로 만들어진 주택에 거주하며 장밋빛 창문을 통해 풍광을 즐기는 한편, 이산화탄소 배출은 50% 가까이 감축할 수 있을 전망이다.
호주 캔버라(Canberra) 소재 기업인 Dyesol과 투명한 태양전지(transparent solar cell) 개발에 대한 공동 연구를 수행한 존 벨(John Bell) 교수는 새롭게 개발된 태양 전지가 가정 및 상업용 건물에서 창문으로 사용되는 동시에 에너지를 생산할 수 있다고 밝혔다. 그는 태양전지 유리(solar cell glass)가 주택과 건물주의 에너지 비용을 상당히 달리할 수 있으며, 잉여 에너지는 저장하거나 판매할 수 있다고 밝혔다.
벨 교수는 이러한 기능의 유리가 지구 온난화를 극복하는 데 초점을 맞추고 있는 연구 과제를 수행하는 ISR의 실제적인 기술 중 하나라고 밝혔다. 그는 투명한 태양 전지가 희미한 붉은 색조를 띄고 있지만 완벽하게 투명하다고 지적했다.
태양전지가 붉은 색조를 나타내는 이유는 빛 흡수를 증가시키는 염료로 코팅된 이산화티타늄(titanium dioxide)을 함유하기 때문이다. 유리는 주택에 동력을 공급하는 데 이용될 수 있는 태양에너지를 포획하지만 주택의 과열을 줄이거나 냉각에 대한 수요를 줄일 수도 있다.
벨 교수는 투명한 태양전지로 전체 주택을 건설하는 것도 가능하다고 밝혔다. 주택이 저에너지 전기 기구를 구비하고 전체적으로 에너지 효율성을 갖추도록 고안된다면 태양 전지 유리를 이용하여 동력 수요를 자급자족할 수 있을 것이라고 그는 지적했다.
호주의 주거 디자인은 전기의 가격이 싸기 때문에 높은 에너지 사용을 부추기는 경향이 있다. 그러나 퀸즐랜드에서 냉난방에 동력을 공급할 필요가 없는 주택을 건설하는 것은 쉬운 일이다. 그는 이러한 기능을 수행하는 유리가 수년 내 시장에 출시될 것으로 전망했다.
연구진은 두 가지 관련 연구를 수행했다. 태양 전지 유리의 에너지 흡수를 증진하는 방안과 포획된 에너지를 소실시키는 주변의 건물 및 나무 등으로 인한 일광의 차단(shadowing) 효과를 줄이는 것이다.
2008년 1월 독일 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE) 연구진은 건물 디자인과 잘 어울리도록 다양한 색과 형태로 인쇄할 수 있는 염료 감응 태양 전지(DSSC; dye-sensitized solar cell)를 개발했다. 연구진이 개발한 DSSC 역시 태양 전지 자체를 창문으로 이용하여 일광으로부터 그늘을 제공하는 동시에 전기를 생산하는 기능을 한다. 프라운호퍼 연구진이 개발한 장치의 핵심적인 요인은 햇빛을 전기로 전환시키는 나노 입자(nanoparticle)와 결합된 유기 염료(organic dye)에 있으며, 나노 입자의 작은 크기 덕분에 반투명한 특징을 나타냈다. GTB

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 수년간 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(chlorophyll) 분자가 최적의 상태로 정렬되어 있기 때문인데, 연구진은 이를 태양전지에 응용하여 제조 원가를 줄이는데 성공하였다.
색감광 전지는 반도체에서 티타늄 이산화물이 작용하는 것처럼 색 염료가 층의 형태로 존재하여 반응에 참여한다. 이 염료가 태양으로부터 에너지를 흡수하고 여기자(excitons)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

일본, 태양전지에 관한 독자적인 기술에 의해 고효율화 추구
태양전지 원료가 되는 실리콘의 수급이 곤란하여 태양전지를 구성하는 태양전지 셀로는 보다 소량의 실리콘으로 보다 많이 발전되는 것이 요구되어 단가를 낮추기 위한 다양한 연구가 시행되고 있다.
다결정 실리콘 태양전지의 경우 기판 재료비가 단결정 실리콘에 비해 30% 정도로 저렴하고, 대량생산화가 용이하나, 그 효율이 단결정에 미치지 못하는 단점이 있다. 단결정 실리콘 태양전지는 원가의 60% 이상이 태양전지 기판 재료비에 소모되는 단점을 가지나, 고효율로 인해 설치면적을 줄이고 모듈면적을 줄일 수 있어서 모듈에 소요되는 재료비를 포함한 모듈제조단가를 줄일 수가 있고 설치에 필요한 공사비, 땅값 등도 줄일 수 있기 때문에 최종적인 설치 가격에서 다결정과 단결정 태양전지는 비슷한 상태이다.
미쓰비시(Mitsubishi)전기주식회사는 실용적인 150mm 각 사이즈 다결정 실리콘 태양전지 셀에 대해서 세계 최고(주 1)의 광전기 변환 효율(주 2)이 되는 18.6%(주 3)(미쓰비시 이전 대비(주 4) 0.6포인트 향상)를 달성하였다.
개발 배경 및 의의로서는 세계적인 환경 의식 고양에 의해 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는 태양광 발전 시스템이 주목받는 것과 동시에 태양전지 수요가 세계적으로 확대되고 있다. 한편, 태양전지 원료가 되는 실리콘의 수급이 곤란하여 태양전지를 구성하는 태양전지 셀로는 보다 소량의 실리콘으로 보다 많이 발전되는 것이 요구되어 실리콘 웨퍼의 박형화와 변환 효율 향상의 연구가 진행되고 있다.
미쓰비시전기는 태양전지 셀의 고효율화를 추구하여 이번 수광면 저반사화나 pn 접합면에서의 수광량 증대, 집전용 그리드 전극의 세선화 등 독자 기술에 의하여 실용적인 150mm 각 사이즈의 다결정 실리콘 태양전지 셀로 세계 최고의 변환 효율 18.6%를 달성하였다. 이에 의해 협소 지붕 등 한정된 설치 공간에도 보다 많은 발전량을 확보할 수 있다.
이번에 개발된 셀의 특징으로는 태양전지의 새로운 고효율화를 위해 셀 표면의 반사율을 한층 저감하여 수광량을 늘릴 필요가 있기 때문에 반사율을 저감하는 최적 구조의 하나가 하니컴 구조이지만 종래 하니컴 형성 기술은 양산품에서의 적용이 곤란하였다. 미쓰비시전기는 세계에서 처음으로 레이저 패터닝과 습식 에칭에 의해 150mm 각 다결정 실리콘 태양전지 셀의 표면에 하니컴을 형성하는 기술(주 5)을 개발하여 실용화에 도달하였다.
태양전지의 발전량은 pn 접합에 도달하는 빛의 양에도 의존한다. 이번 n층을 얇게 함으로써 수광량을 증대하여 전류를 효율적으로 취출할 수 있었다.
제품화에 관해서는 저반사 재질감 형성 기술 양산성 향상을 도모하여 2010년도 이후 미쓰비시전기 태양전지 모듈의 셀에 차례차례 도입해 갈 것이라고 한다. 업계 최고의 전력 변환 효율을 자랑하는 파워 컨디셔너와 조합함으로써 태양광 발전 시스템의 고출력화를 도모한다. 미쓰비시전기는 향후에도 태양광 발전 시스템 보급에 노력하여 지구 환경 보전과 지속 가능형 사회 실현에 공헌해 갈 것이라고 한다.
(주 1) 2008년 3월 19일 현재 미쓰비시 전기 조사
(주 2) 태양광 광 에너지를 전기 에너지(직류)로 바꾸는 효율
(주 3) 변환 효율의 공적 인증기관인 산업기술 종합 연구소(AIST)에서의 평가 결과
(주 4) 광전기 변환 효율 18.0%를 달성한 미쓰비시 전기 개발품(2007년 5월 31일 발표)
(주 5) 본 기술은 독립 행정법인 신에너지·산업기술 종합 개발 기구(NEDO) 위탁 ‘태양광 발전 시스템 미래 기술 연구 개발’ 개발 성과를 일부 사용. GTB

나이지리아를 위한 태양열 냉장고
재생 에너지제품을 공급하는 호주의 True Energy사는 나이지리아에 태양열 냉장고를 공급하기 위하여 세계보건기국과 600,000$의 계약을 맺었다.
True Energy사의 재생 에너지 기술은 풍력 터빈, 태양광 발전 (전기), 태양열 (온수), 바이오매스, 지열펌프 (온수)와 같은 것들이 있다.
True Energy사의 관리 책임자인 Phil McVan은 True Energy사는 태양열 냉장고, 태양력 가로수 및 온수 시스템을 포함한 다양한 범위의 혁명적 제품을 제공하고 재생 에너지에 대한 상담 및 자문을 해주는 재생 에너지 ‘원 스톱 쇼핑’을 확립하였다고 말한다. GTB

뉴멕시코에 Schott AG의 광 발전
연구소 건설
독일 유리 제조사인 Schott AG는 뉴멕시코 Albuquerque에 태양 에너지 공장을 건설할 예정이다. 이 새로운 태양 에너지 공장은 1,000,000$의 투자로 약 350개의 일자리를 창출할 수 있을 것이다. 미국에서 재생 에너지의 수요가 나날이 증가하고 있기 때문에, Schott AG는 이에 대응하여 장기적으로 5,000,000$를 투자하고 약 1,500명에게 일자리를 제공할 것이다.
Schott AG의 최고경영자인 Udo Ungeheur은  미국의 재생 에너지 시장이 5년 뒤에는 5배 이상 증가할 것으로 예상하고 있다.
Schott AG는 현재 매사추세츠 주 Billerica에서 광 발전 모듈 생산 공장을 가동 중이다. 앞으로 3년 동안 Schott AG는 매년 총 450MW의 결정질의 광 발전 셀과 모듈을 만들 예정이며 100MW 용량의 박막 광 발전 웨이퍼를 생산할 것이다. GTB

염료 감응 태양전지의 효율을 배가시키는 새로운 디자인
태양전지에 대한 새로운 접근 방법이 현재 실험실에서 개발되는 저렴한 태양전지의 성능을 비약적으로 향상시킬 것으로 기대된다.
2000년부터 2030년까지 세계 에너지 사용량이 70%까지 증가할 것으로 예상된다. 이에 따른 화석 연료의 고갈과 지구 온난화 및 각종 기후 변화는 환경적으로 지속 가능한 에너지 기술의 발전을 촉구시켰다. 그 중에서도 태양에너지는 무한정성, 청정성, 안전성 등으로 인해 가장 확실한 인류의 일차 에너지원으로 인식되고 있다.
현재 상용화된 태양전지는 크게 단결정 실리콘(에너지 변환 효율 약 24%), 갈륨 인듐 포스피드/갈륨 비소 박막구조 (30% 효율성, 고가), 저 비용의 비결정질 실리콘 (효율성 5%) 등이 주 재료로 사용된다. 하지만 고순도 실리콘 전지는 제작 비용이 고가이며, 제작 공정에서 독성 화합물을 유발하는 문제점을 낳고 있다. 최근에는 실리콘 태양 전지의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 박막 재료와 유기 태양 전지가 연구되고 있다. 고분자와 같은 유기 물질을 사용하는 경우 기존의 코팅 기술을 사용하여 저가로 넓은 표면적의 태양 전지를 만들 수 있는 장점이 있다.
워싱턴 대학(University of Washington) 연구진은 수많은 다공성 구형으로 군집을 이룬 작은 핵의 형태를 나타내는 팝콘 모양(popcorn-ball)의 디자인을 이용하여, 빛을 조작하여 태양 에너지를 전기로 전환시키는 효율성을 2배 이상 향상시킬 수 있게 됐다.
연구의 주저자인 워싱턴 대학의 재료공학부 교수인 Guozhong Cao는 이러한 기술이 염료 감응 태양전지(DSSC;dye-sensitized solar cell)에서 상당한 기술적 진보를 달성할 것이라고 밝혔다.
1991년 처음으로 과학 논문을 통해 보급된 DSSC는 기존의 태양에너지 기술을 보다 저렴하고 제조하기 쉽게 만들었다. 연구진은 다양한 표면 거칠기(rough surface)로 효율성을 보다 더 향상시키는데 주력했다. 실험실에서 만들어진 시제품들은 조사되는 태양에너지의 1/10을 전기로 전환시킬 수 있다. 이러한 시제품은 지붕의 태양열 집열판이나 계산기에 이용되는 상용화된 실리콘을 근간으로 하는 태양전지 효율성의 약 1/2에 해당된다.
워싱턴 대학 연구진은 DSSC의 전반적인 효율성을 극대화하는 시도를 하는 대신에 군집을 이루는 디자인으로 균일한 표면 거칠기의 수행력을 비교하는 새로운 접근 방법을 개발하는 데 초점을 맞추었다. 효율적인 태양전지를 만드는 데 장애가 되는 문제 중 하나는 입자의 크기이다. 더 작은 입자는 부피 당 더 큰 표면적(surface area)을 갖기 때문에 더 많은 광선을 흡수한다. 더 큰 군집이 될 수록 가시광선의 파장에 가까워지고, 이러한 현상이 작은 빛을 흡수하는 표면 내에서 빛이 스쳐 지나는 것을 유발하여 빛이 더 많이 흡수될 수 있는 기회를 증가시킨다.
Cao는 표면적을 넓히고 싶다면 입자를 더 작게 만들면 된다고 밝혔다. 그러나 만약 이러한 빛을 여러 번 검토한다면 에너지를 포획할 수 있는 기회를 더 많이 얻을 수 있다고 Cao는 지적했다.
다른 연구진 역시 빛을 산란시키기 위하여 작은 입자로 더 많은 입자를 혼합하는 시도를 했지만 효율성 향상에는 진전을 이루지 못했다. 워싱턴 대학 연구진은 약 15 나노미터(nanometer)의 지름을 갖는 매우 작은 입자를 만들었다. 이후 연구진은 이러한 작은 입자로 약 300 나노미터의 덩어리를 만들었다. 더 커진 구형의 덩어리는 조사되는 광선을 산란시켜 빛이 태양 전지 내에서 더 멀리 이동할 수 있게 했다. 한편 이 구형의 복잡한 내부 구조는 재료 1그램 당 1,000 ㎡(square feet) 가량의 표면적을 만들어낸다. 만들어진 내부 구조는 빛을 포획할 수 있도록 염료로 코팅됐다.
작은 입자를 이용했을 때 전반적은 효율성은 2.4%로, 이 재료가 달성할 수 있는 최대 효율이다. 팝콘 형태의 디자인을 이용했을 때 효율성은 6.2%로 이전의 수행력을 2배 이상 향상시켰다. 실험은 일반적인 산화티탄(titanium oxide) 대신 화학적으로 덜 안정하지만 작업이 쉬운 산화아연(zinc oxide)을 이용하여 수행됐다. 산화티탄을 근간으로 하는 DSSC는 현재 최대 11%의 효율성을 나타낸다. Cao는 연구진의 전략이 DSSC의 효율성을 상당히 개선시킬 수 있을 것으로 전망했다. GTB

태양광 산업에 있어서의 중국의 역습
태양광 산업에 있어서 세계적인 투자 물결은 중국에서 가장 크게 일어나고 있으며, 이러한 중국의 청정에너지에 대한 발전은 미국을 포함한 여러 나라들을 당혹스럽게 하고 있다.
독일 시장조사 잡지인 Der Spiegel 지에 따르면, 태양전지 생산량에 있어서 중국은 이미 독일을 추월하였다. 작년 중국의 태양전지 생산 능력은 1200MW였으나 오랜 기간 시장 선두를 지켜오던 나라 중 하나인 독일은 875MW였다.
중국의 태양전지 시장에 있어서의 시장 점유율 증가를 보면 더욱 경이롭다. 중국은 2006년에는 전세계 태양전지 시장 점유율 15%를 차지하였으나 현재는 거의 두 배인 28%의 점유율을 차지하고 있고 현재도 더욱 증가하고 있는 추세이다.
이와 함께 중국의 대표적인 태양전지 생산 기업인 Suntech사는 세계 태양전지 산업에서 부동의 선두 기업이었던 일본의 Sharp를 2007년에 근소한 차이로 생산량 측면에서 역전하였다.
업계 전체를 덮고 있는 Si 원재료 부족을 중국의 Suntech사는 어떻게 극복하였을까? 이와 같은 경이적인 생산량 증대를 이룰 수 있었던 이유는 Si 원재료 부족이 예상되었던 2006년 시점에서 복수의 Si 원료 메이커와 10년간 장기구매계약을 체결하는데 성공하였기 때문이다. Suntech 측은 계약금액, 수량을 밝히고 있지 않지만, 업계 관계자의 추산으로는 수백억 엔을 넘는 거액 계약이었다고 한다. GTB