DOE 태양전지 ‘기술혁신’ 프로그램에 선정
Sandia National Lab이 미국 에너지국(DOE: Department Of Energy)이 시행하는 태양에너지 기술혁신 프로그램인 SEGIS(Solar Energy Grid Integration System) 주관연구소로 선정됐다. 미국의 에너지관련 최고 기관인 DOE는 2008년을 시작으로 SEGIS프로그램에 2400만불 이상의 재정지원을 할 예정이다.
태양광 분야의 발전을 촉진시켜줄 SEGIS 프로그램
SEGIS 프로그램은 태양에너지를 이용한 발전효율을 2015년까지 현재의 화석연료 수준까지 끌어올리겠다는 미 연방정부의 태양에너지 활용기술 발전정책의 일환으로 진행되고 있다. SEGIS 프로그램의 핵심 목표는 일반가정에서부터 산업현장, 발전소에 이르는 전 분야에서 효과적으로 활용될 수 있는 태양전지의 개발을 촉진하는 것이다. SEGIS 프로그램은 2007년 말 공고 되었다. DOE와 Sandia Lab.은 새롭게 개발될 태양전지 시스템의 설계와 시장분석을 담당할 12개의 협력기관을 선정했다. DOE, Sandia Lab. 그리고 12개의 협력기관의 최종목표는 현재의 태양전지에 비해 저렴하면서도 높은 성능을 가지는 태양전지시스템을 개발하는 것이다. DOE는 본 프로젝트의 진행을 위해 290만 불의 자체 예산과 산업체로부터 투자 받은 170만 불을 합쳐 총 460만 불의 기금을 확보한 상태이며 산업체로부터의 투자금액은 향후 1600만 불로 늘어날 전망이다. Sandia National Lab.은 Apollo Solar, EMTEC, Enphase, General Electric, Nextek Power System, Petra Solar, Smart Spark, Folar Energy Center of Central Florida 그리고 VPT Energy Inc.와의 협력을 통해 SEGIS 프로젝트를 진행할 예정이라고 한다. GTB

기존의 태양광 패널보다 값싸고
더 효과적인 원통형 태양전지
원통형의 태양전지를 만드는 Foremont사의 사업이 Solyndra를 통해 본 궤도에 오르기 시작한 것 같다. ‘Solyndra’는 Foremont사에서 제작하는 원통형 태양전지의 상품명이다. 켈리포니아에 위치한 태양전지 제조업체인 Foremont사의 CEO인 Chris Gronet은 지난해 1월부터 자신들이 제작한 원통형 태양전지의 판매가 시작됐으며 계약물량은 이미 12억 불을 넘어섰다고 한다. CEO는 그들의 회사에서 만드는 원통형의 태양전지와 기존이 태양전지와는 많은 차이점이 있다고 이야기 했다. “가장 큰 차이점은 제품의 모양입니다. 우리가 제작하고 있는 태양전지는 보통의 태양전지와 같이 평평한 패널모양이 아닌 튜브모양을 하고 있죠. 하나의 Solyndra 패널은 총 40개의 원통형 태양전지로 이루어져 있습니다” 그는 자신들이 제작한 튜브모양의 태양전지가 아랫면으로부터 반사되는 반사광을 포함한 거의 모든 방향에서 비춰오는 햇빛을 흡수 할 수 있다고 했다.
설치
Chris Gronet은 Solyndra의 설치과정 또한 기존의 태양전지와 다르다고 했다. Gronet에 따르면 일반적인 평면태양전지는 주변에 배치된 태양전지의 그늘에 가리지 않으면서 태양광이 가장 효율적으로 입사되는 방향으로 정확하게 배치되어야 하지만 Solyndra를 구성하는 튜브모양의 태양전지는 주변에 배치된 태양전지들에 영향을 받지 않기 때문에 설치과정이 매우 수월하다고 한다. 일반적인 평면태양전지 패널의 경우 강한 바람에 대한 저항이 크기 때문에 태양전지판 위를 덮는 보호창과 함께 바닥에 매우 강하게 고정되어 있어야 한다. 하지만 Solyndra를 구성하는 태양전지는 원통형이기 때문에 비, 바람을 쉽게 통과시켜 별도의  보호창을 필요로 하지 않을 뿐 아니라 주변에 배치된 태양전지판에 영향을 받지 않기 때문에 평면태양전지판을 이용한 경우에 비해 한정된 공간에 많은 수의 태양전지를 배치 할 수 있다고 한다. “앞서 얘기한 설치와 관련된 Solyndra의 장점들 덕분에 실제 Solyndra의 설치에는 기존의 평면태양전지판의 설치비용에 절반정도의 비용밖에 들지 않습니다”
생산방법
Gronet은 Solyndra의 독특한 생산방법에 대해서도 이야기 했다 기존의 평면태양전지는 대부분 실리콘 기판을 이용해 만들어지는 반면 Solyndra는 반도체 박막을 이용해 만들어 진다. 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 화합물로 구성된 반도체 층은 튜브모양의 유리에 박막의 형태로 매우 얇게 증착되며 반도체 층이 증착된 튜브는 좀더 큰 튜브안에 넣어지는데 외부의 튜브는 안쪽의 전력생산용 반도체 층을 보호할 뿐 아니라 외부로부터 입사되는 빛을 모아주는 역할을 한다. Solyndra을 만드는 Foremont사는 다른 태양전지 업체들과는 다르게 가정용 태양전지시장에는 관심이 없는 것처럼 보였다. 대신에 Solyndra는 상업용 태양광 발전소를 타겟으로 삼고 있다. Gronet는 미국의 태양광 발전소에서 사용될 태양전지판의 수요가 폭발적으로 증가할 것이라 예상하고 있었다. “300억 입방 피트의 면적에 태양전지 판을 꽉 채울 만큼 큰 규모의 태양전지 기판이 필요할 것입니다” Gronet는 이야기 했다. ACB

中, 차이다무분지에 자국 내 최대의
태양에너지 전력 네트워크 구축
중국에서 최대의 태양에너지 전력 네트워크가 칭하이성(靑海省)에 위치한 타이다무분지(柴達木盆地(시달목분지), Tsaidam Basin)에서 건설된다. 이 프로젝트는 중국 내 최초로 비결정 실리콘(Amorphous Silicon) 박막, 결정 실리콘을 혼합 채용하여 태양광발전전지(photovoltaic cell) 시스템을 구축하게 되며 1기 투자는 약 10억 위안(약1억5,000만 달러)에 달한다.
칭하이성정부에 따르면, 최근 칭하이성하이시몽골족장족자치주인민정부와 중국 과학기술발전그룹, 칭하신에너지유한공사는 시닝(西寧)市에서 칭하이차이다무분지에 GW급 대형 태양에너지발전 전력 네트워크 구축에 관한 협의서를 체결했다. 이에 따라 내년부터 중국 최대의 태양광발전전지 전력 네트워크가 칭하이성차이다무분지에서 본격적으로 건설될 전망이다.
관계자의 설명에 따르면, 내년 안에 규모가 30MW에 달하는 태양광발전전지 전력 네트워크 1기 프로젝트가 차이다무분지에 건설되며 이 프로젝트가 완성되면 중국 내에서 최대 규모의 태양광발전전지 네트워크가 된다. 또한 차이다무분지에는 최종 몇 개 단계로 나눠 총체적 규모가 1GW(1000MW)에 달하는 태양광발전전지 전력 네트워크가 구축된다. 이 외에도 차이다무분지에 구축되는 태양광발전전지 전력 네트워크에 중국 최초로 비결정 실리콘 박막과 결정 실리콘을 혼합한 태양광전지 모듈 기술이 도입되어 업계의 관심이 더욱 커지고 있다.
칭하이성 뤄위린(駱玉林) 부성장은 “GW급 대형 태양광발전전지 발전소가 차이다무 순환경제 시험지역에 건설되는 것은 차이다무분지의 태양에너지와 자원을 충분히 활용하여 칭하이성의 경제성장 방식을 근본적으로 전환시키는데 중요한 의의가 있다”고 설명하면서 “대형 태양광발전전지 전력 네트워크 건설을 계기로 칭하이성 태양광전지 산업을 발진시키고 규모화된 태양광전지 산업을 형성하여 본지역의 지속적인 경제발전을 실현해야 한다”고 지적했다. GTB

나노구조 광흡수 기판을 이용한 박막
실리콘 태양전지
박막 실리콘 태양전지의 고효율화에 있어서 아모르퍼스(amorphous)와 미결정 재료 모두 낮은 장파장 감도를 보충하기 위하여 광흡수층 내에서 다중반사에 의한 광로장(光路長)을 증대시켜 광전류(photoelectric current)의 증가를 도모한 광흡수 기술은 반드시 필요한 기술이다. 현재 광흡수 기술에는 평면 유리기판 위에 표면 거칠기가 큰 투명전극(TCO : Transparent Conductive Oxide) 재료를 배합한 구조가 이용되고 있다. 이 구조는 TCO재료의 표면 거칠기를 증가시킴으로써 보다 고효율의 광흡수 효과를 얻을 수 있다. 그러나 표면 거칠기의 증가는 광캐리어의 수집효율 저하와 광흡수층의 막의 품질 저하를 일으키는 문제를 가지고 있다.
일본 오사카대학교(大阪大)가 수행한 연구개발 프로그램은 기존 연구와는 다른 나노구조를 가진 신규 광흡수 기판을 제안하였다. 즉, 유리기판 측에 나노구조를 형성하고 광산란을 발생시킨다. 한편, 투명전극은 막의 성장을 저해하지 않을 정도로 표면 거칠기를 줄인 형상이다. 이에 따라 고효율 광흡수 효과에 의한 광전류 증배와 광흡수층 막의 품질 유지에 의한 개방전압 증가를 양립시킬 수 있도록 연구개발을 실시하였다.
우선, 유리기판 위에 나노구조를 형성하는 기술을 개발하였다. 그 결과 유리기판 표면의 RMS(Root Mean Square) 거칠기를 13nm~90nm 범위에서 제어 가능하다는 것을 입증하였다. 또한, 광산란 기능을 충분히 가지고 있다는 것을 실험적으로 확인하였다.
다음으로 비교적 평평한 표면형상을 가지고 있으며, 충분한 시트저항(Sheet resistivity)을 가진 투명전극(TCO)막을 개발하였다. 이 요구를 만족하는 투명전극 및 그 제작기술로서 알루미늄(Al) 첨가 산화아연(ZnO)(AZO) 졸겔법(Zol-Gel-Processing)을 이용하여 제작하였다. AZO표면 RMS 거칠기는 11.5nm까지 평탄화되었으며, 시트저항도 현재 시판되고 있는 투명전극과 동등한 12Ω을 얻었다.
이 결과를 토대로 새로운 나노구조 광흡수 기판을 이용하여 회로기판형 단접합 미결정 실리콘셀을 제작한 결과, 종래 기판상의 태양전지와 비교하여 단락전류밀도는 16.2mA/cm2에서 20.2mA/cm2까지 약 1.3배 증가하였다. 또한, 개방전압도 증가하는 경향이 있으며, 광흡수층 막의 품질저하를 방지하는 효과가 있다는 것도 실증하였다. 그 결과, 최종적인 변환효율은 4.0%에서 5.8%로 증가하였다. GTB