양면수광(兩面受光) 태양전지 생산
170억 엔 투자
岩手에 공장 방음벽과 건재용
태양전지용 실리콘 원료를 생산하는 스페이스에나지(東京ㆍ臺東)은 岩手縣에 양면으로 발전할 수 있는 실리콘 태양전지의 공장을 건설했다. 170억 엔을 투자하여 09년 1월부터 연간 생산능력  3500킬로와트로 가동하고 있다. 작년 중에 7천 킬로와트까지 능력을 향상시켰다. 도로의 방음벽이나 주택용 건재로서의 용도를 개발, 새로운 태양전지로서의 보급을 지향한다.
액정 패널용 유리기판 메이커, 倉元製作所(宮城縣 栗原市)의 岩手縣 北上市의 공장부지를 매입했다. 10년 이후에 공장을 증설할 방침이다.
양면수광형 태양전지의 제조기술은 개발한 日立製作所로부터 공급을 받는다. 日立이 茨城縣 日立市 내에 갖고 있던 재조설비 일습을 스페이스에나지가 수억 엔에 구입하여 北上의 새 공장에 이설했다.
한쪽 면에서 발전하는 종래의 태양전지는 남향으로 두지 않으면 태양광이 들어오는 양을 최대화할 수 없었다. 양면발전 태양전지는 동향이나 서향으로 두어도 양쪽에서 태양광이 들어오기 때문에 로스가 적다. 단면 태양전지를 사용할 수 없었던 장소에서도 이용할 수 있다. 주택의 유리창 등에 끼워 넣으면 방안의 조명 등의 불빛에도 발전에 사용할 수 있다.
스페이스에나지는 태양전지의 원료가 되는 단결정 실리콘웨이퍼를 제조, 판매하는 대형 제조회사. 태양전지의 제조량은 늘고 있지만 최근에는 중국에서 실리콘웨이퍼의 양산이 급격한 속도로 늘어나고 있어 이익악화의 가능성이 지적되고 있다. 따라서 다양한 수요개척이 가능한 완성품의 시장에 신규 참여함으로써 리스크를 분산한 것이다. 일경산업

태양전지 패널 가격하락
New York Times의 기사에 따르면 1년이 채 안 되는 기간 동안 태양전지 패널의 가격이 40%이상 하락했다고 한다. 태양전지 패널의 가격하락은 태양광 발전시스템의 높은 초기 설치비용 때문에 구입을 망설였던 소비자들에겐 좋은 소식이다. 미 연방정부는 신재생에너지 분야에 30%의 보조금을 지급하는 정책을 펴고 있으며 이러한 정책은 태양광 발전 시스템의 보급률을 높이는데 큰 역할을 했다. 이밖에도 주정부 및 지방정부의 보조금 지급은 태양광 발전 시스템을 비롯한 신재생에너지 보급을 이끄는 역할을 하고 있다. 태양전지 패널의 가격하락에 따라 초기설치비용을 회수하는데 걸리는 기간이 현저히 단축될 것으로 보인다. 하지만 현재의 태양전지 패널가격 하락은 장기적인 관점에서 볼 때 생산자는 물론 소비자들에게도 좋은 뉴스가 아닐 수 있다. New York Times의 기사에 따르면 향후 태양전지 패널 시장의 판도를 좌우 할 가장 큰 요소는 태양전지의 제작에 사용되는 원재료 수급의 불균형과 중국에서의 태양전지 패널 생산이 될 것이라고 한다. 최근까지 태양전지 패널 메이커들에 있어 태양전지의 원료인 폴리실리콘 웨이퍼의 공급부족은 가장 큰 골칫거리였다. 하지만 중국의 많은 업체들이 태양전지 패널 시장에 뛰어들고 폴리실리콘 제조업체들이 앞 다퉈 폴리실리콘 생산라인 증설에 나서면서 상황은 급속도로 변해가고 있다. “중국에서 생산된 엄청난 양의 태양전지 패널이 시장에 유통되고 있다.” 라고 미국 Solar Finance의 회장인 Chris Whitman은 이야기 했다. Times의 보고에 따르면 현재, 태양광 발전시스템을 설치하는 업체들이 유래 없는 호황을 누리고 있음에도 미국의 많은 태양전지 패널 업체들은 적자를 기록하고 있다고 한다. 일부 시장분석가 들은 태양전지 패널의 공급과잉 때문에 태양전지 원재료 산업 분야의 수익성이 크게 악화 될 수 있다고 경고하고 있다. 2008년 5월 발간된 Lux Research Inc. Bulletin은 2009년, 태양전지 패널의 공급이 수요를 앞지를 것이며 이러한 과잉공급에 의해 태양전지 제조업체들, 그중에서도 박막형 태양전지 산업에 투자하지 않은 결정형 태양전지 제조업체들이 큰 어려움을 겪게 될 것이라 예견하고 있다. Lux Research Inc.에서 운영하는 블로그의 최신정보에 따르면 지난 7월 열린 Intersolar conference에는 잘 알려진 태양전지 제조업체들 중 많은 업체들이 모습을 드러내지 않은 반면 중국업체 들은 대규모의 전시를 했다고 한다. New York Times는 본 기사의 관계기사로 소형인버터의 사용을 통한 태양전지 패널의 효율적 이용, 그리고 태양전지 가격의 추가하락을 염두에 둔 소규모 태양전지 시스템 구축방법과 태양전치 패널 추가설치에 관한 정보를 제공하였다. ACB

카이로의 빈민가에 부는 태양에너지 바람
National Geographic News는 이집트의 수도인 Cairo에서 진행 중인 태양 에너지 공급 프로젝트에 대해 소개했다. CITIES라는 이름의 이 비영리 프로젝트는 Cairo의 빈민가에 태양에너지 시스템을 성공적으로 소개하고 있으며 CITIES프로젝트를 통해 2003년부터 현재까지 Cairo에는 34개의 태양열 온수공급시스템과 5개의 바이오 가스 발생기가 설치되었다. “농촌지역을 위한 용도로 설계된 솔루션을 도심환경에 적용한다는 점에서 CITIES 프로젝트는 다른 프로젝트와 차별성을 가집니다.” 프로젝트 리더인 Thomas. H. Culhane는 이야기 했다. Thomas Culhane은 도시기획가로 2009년 National Geographic emerging explorer로 선정되었다. “Cairo에서 진행 중인 CITIES 프로젝트는 아프리카 오지에서 평화순례단이 할 것 같은 일을 도심의 빈민가에서 수행하는 것입니다.” 도심에서 사용되는 대부분의 태양열 온수 시스템은 안정된 급수시스템에 알맞게 설계되어 있다. 하지만 Cairo의 빈민가에는 안정적인 급수가 불가능하기 때문에 CITIES 프로젝트 팀은 새로운 구조의 태양열 온수 시스템을 개발해야만 했다. Solar CITIES 프로젝트팀이 개발한 태양열 온수공급 시스템은  급수가 가능할 경우엔 Cairo시에서 공급되는 물을 사용하지만 그렇지 못할 경우엔 별도의 급수탱크에서 공급된 물을 사용하도록 설계되었다. CITIE 팀이 고안한 태양열 온수 시스템은 투명한 유리 또는 플라스틱판을 뚜껑으로 사용하는 직사각형의 박스로 구성되어 있다. 박스 안에는 구리로 된 튜브가 삽입되어 있으며 튜브는 검은색 도료가 칠해진 알루미늄 시트로 감싸져 있다. 검은색의 알루미늄 시트에 햇빛이 내리 쬐면 구리튜브를 통해 구리튜브 안쪽의 물에 열이 전달되고 가열된 물은 파이프를 통해 순환한다. 박스를 덮고 있는 유리판은 박스 내부의 열이 외부로 빠져나가지 못하게 하는 단열재 역할을 한다. 바이오가스 생성기는 쓰레기를 발효시켜 취사에 사용할 수 있는 가스를 만드는데 사용된다. 태양열 온수공급 시스템은 바이오 가스 생성기 위에 설치되어 바이오 가스 생성기를 가스 생산에 적합한 온도로 맞춰주는 역할을 할 수 있기 때문에 ‘바이오가스 생성기 / 태양열 온수공급시스템’의 2층 구조 시스템이 보급 중이다. ACB

고효율의 태양전지를 가능케 할 새로운 나노와이어
덴마크의 나노공학자들이 나노기술연구에 있어서 새로운 장을 열었다. 새로운 나노와이어 (nanowire) 생산법이 개발된 것이다. 이는 나노단위에서 사상 최초로 이 두 물질간의 좋은 특징들을 합칠 수 있다는 측면에서 큰 의미를 지닌다. 이 개발로 나노전자공학과 고효율의 태양전지 개발이 눈앞에 다가왔다. 덴마크 코펜하겐대학연구진의 이 연구성과는 Nano Letters 지에 이제 막 발표되었다.
“우리는 나노와이어생산을 위한 방법을 바꾸었다. 즉, 우리가 두개의 다른 반도체를 가지고 있는 나노와이어를 생산할 수 있다는 말이다. 미래 전자공학의 새로운 가능성을 연 것이라 할 수 있다.”라고 연구를 주도한 Peter Krogstrup씨는 설명했다.
- 더 많은 태양빛을 흡수
오늘날 전세계 전력량의 1퍼센트만이 태양에너지로부터 온다. 이는 태양에너지를 전기로 전환하는 것이 어렵기 때문이다. 이와 같은 상황에서 과학자들이 하나의 나노와이어에 다른 반도체를 섞는 것은 큰 혜택을 볼 수 있다. “여러 물질들이 태양으로부터의 에너지를 여러 특정 흡수지역에서 잡아낸다. 우리가 각각의 흡수지역을 가진 물질들로 이뤄진 나노와이어를 만들면 이는 더 넓은 범위에서 에너지를 통합적으로 잡아낼 수 있는 것이 된다. 따라서 우리가 더 많은 태양에너지를 활용 할 수 있다.”라고 연구를 주도한 Peter Krogstrup씨는 설명했다.
- 부드러운 전이는 이제 그만 (no soft transitions)
나노와이어의 배양은 진공실 (vacuum chamber)에서 이루어진다. 연구진들은 반도체를 이루는 얇은 디스크위에 금방울을 올렸다. 그러면 나노와이어는 아래에서부터 자란다. 금방울안에서 이뤄지는 이 두 반도체 물질간의 전이에서 기존에는 금방울의 물질간에 교합 (mixing) 이 일어났으며 물질간의 부드러운 전이가 일어났다. 하지만 이제 이 새로운 방법으로 두 물질들은 금방울의 위 또는 아래에서 움직일 수 있다. 물질이 아래쪽에서 올때 반도체 물질들의 교합은 없다. 따라서 원자수준에서 이들간의 급격한 전이가 이루어진다.
“이 두 반도체간의 급격한 전이는 전자의 형태를 띄는 전류에 있어 꼭 필요하다. 고효율로 두 물질간에 이동하기 위함이다. 만약 전이가 부드럽다면 전자들은 경계선에서 쉽게 잡힌다. 이 새롭게 섞인 나노와이어는 전세계 나노연구에 있어 여러모로 혜택이 크다.”라고 연구를 주도한 Peter Krogstrup씨는 설명했다. GTB

고효율을 지닌 태양전지(solar cells)의 개발
고효율을 지닌 태양전지(solar cells)가 셀레늄납 양자점*(lead selenide quantum dots)을 포함하고 있는 산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)을 사용함으로써 만들어질 수 있다는 사실이 한 연구진에 의해 최근에 밝혀졌다. 반도체 양자점(semiconducting quantum dots)과 나노선의 물리적인 성질을 연구하는 것은 얇은 이차원의 필름으로부터 만들어진 범용적인 태양전지(solar cells)의 전력을 증가시켜 줄 수 있는 새로운 접근법을 보여주고 있다. 미네소타 대학(University of Minnesota)의 Eray Aydil와 동료 연구자들은 셀레늄납 양자점(PbSe quantum dots)과 산화 아연의 얇은 필름(ZnO thin films)을 기반으로 만들어진 범용적인 전지와 비교하여 셀레늄납 양자점*(lead selenide quantum dots)을 포함하고 있는 산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)으로부터 만들어진 태양전지의 전력변환 효율이 3배가량 더 높다는 사실을 보고하였다[Leschkies, K. S, Jacobs, A. G., Norris, D. J. & Aydil, E. S. Nanowire-quantum-dot solar cells and the influence of nanowire length on the charge collection efficiency. Appl. Phys. Lett. 95, 193103 (2009)
이처럼 태양전지의 효율을 높이고자 하는 연구는 많이 진행되고 있으며 최근에도 여러 연구기관연구부터 보고된 바 있다. 염료감응형 태양전지 (Dye-sensitized solar cells)는 저렴하게 만들 수 있고 유연하기도 하지만, 효과적으로 빛을 전기로 전환시키지 못하는 문제점이 있다. 효율을 올릴 수 있는 방법 중 하나는 입사광을 받아들일 수 있는 표면적을 늘리는 것이다. 조지아 공과대학 (Georgia Tech) 연구팀은 광섬유 주위로 염료감응형 태양전지를 둘러쌈으로써 훨씬 효과적인 태양전지를 만드는데 성공했다. 이 태양전지는 같은 표면적의 산화 아연 (zinc oxide) 태양전지에 비해 6배의 효율을 가지고 있으며 저렴한 고분자 섬유를 이용해 만든다면 그다지 비싸지도 않을 것으로 예상된다.
이번 연구진의 연구도 위의 연구와 비슷한 결과를 보여주고 있으며 보다 효율적으로 전력을 변화시켜주는 요소로 산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)을 사용함으로써 그 효율을 증가시킬 수 있었다. 나노와이어-양자점(quantum-dot) 태양전지는 광학적으로 투명한 인-주석 산화물 전극(indium-tin-oxide electrode)위에 얇은 층의 산화아연을 뿌리고 습식법(wet chemistry)을 통해 산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)을 만들어내어 완성된다. 셀레늄납 양자점(PbSe quantum dots)은 그때 반지름이 ~2.1nm정도되는 셀레늄납 양자점(PbSe quantum dots) 콜로이드(colloid)에 반복적으로 담금으로써 산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)으로 침투해 들어가게 된다.
산화아연 나노선(zinc oxide nanowires)을 이용해서 만든 태양전지의 효율성은 같은 양의 양자점으로 만든 얇은 필름의 산화아연(zinc oxide) 장치에 비해 3배 이상 높은 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 융합구조(hybrid structures)의 높은 여기(exciton)와 전하 수집효율(charge collection efficiency)로 설명될 수 있다. 또한 보다 높은 밀도의 양자점과 산화 아연 나노선을 이용할 경우 더 높은 전력 효율성을 달성할 수 있을 것이라고 연구진은 언급했다.
양자점*(quantum dots) : 소립자, 특히 전자를 0차원의 공간 안에 가둔 상태. 소립자를 0차원의 공간, 즉 점안에 가둘 수 있는 것은 입자들이 가질 수 있는 양자상태의 수가 항상 정수이고, 아주 작은 크기의 나노 입자 내부에서 존재의 유무 이외에 공간상의 위치에 대한 어떠한 정보도 가질 수 없기 때문이다. 그렇게 때문에 이 양자점의 전자의 존재유무, 혹은 전자의 스핀방향 등의 정보를 이용해서 양자 컴퓨터 등에 응용할 수도 있다. 양자점은 특히 초고속 광통신기술에 대한 기대가 크며 소립자와는 비교도 안 될 정도로 거대한 나노 입자지만 마치 단일 소립자처럼 동작하기 때문에 양자점을 이용해서 광신호 소자를 만들 경우 엄청나게 빠른 레이져 송수신기를 만들 수 있다. GTB

새로운 모양의 미래 태양전지
독특한 산호모양의 나노물질(nanomaterials)이 태양전지의 효율성을 향상시킬 수 있다고 중국 과학자들이 말했다.
산화주석과 같은 다공성 물질들은 태양 전지와 전지, 기체 감지기나 다른 장비들에 사용되기에 이상적인 성질을 갖는다. 그들의 구조와 모양을 바꾸는 것은 그 성질을 증가시킬 수 있으나, 현재의 제작 방법을 사용하여 이를 통제하는 것이 어려울 수 있다고 허페이(Hefei)에 있는 중국과학원(Chinese Academy of Science)의 Jinhuai Liu가 말했다.
Liu와 그의 동료들은 산호처럼 생긴 주석 산화물 나노물질을 만들었다. 그들은 구형의 나노입자들에 비해 높은 표면적과 장기간 안정성이 염료감작성태양전지(dye-sensitised solar cells, DSSCs)의 효율성을 향상시킨다는 것을 알아냈다.
Liu의 나노모양(nanoshape)은 ‘삼키는 성장 기전 (swallowing growth mechanism)’을 통해 만들어졌다. 열수작용(hydrothermal reaction)을 사용하여 만들어진 나노구들(nanospheres)이 반응 시간이 길어지면 서로 붙어서 하나의 모체 구조(parent structure)로 모이게 된다. 이 과정은 많은 방사형 촉수 (tentacles)가 형성될 때까지 모체 구조가 계속해서 나노구들을 ‘삼키고’ 동질화(assimilating)하게 된다.
그 독특한 산호 모양이 새로운 유형의 DSSCs를 개발하는데 매우 중요하다고 Liu는 말했다. 증명된 새로운 과정이 리튬이온 전지(lithium-ion batteries )에서 촉매에 대한 감지기에 이르는 응용을 위한 특정한 구조를 가진 다른 기능성 나노물질들을 고안하는데 새로운 기회를 만들어준다고 그는 덧붙였다.
그 연구진은 이제 산호 모양 주석 산화물의 다른 응용을 찾고, 그들의 처리과정을 사용하여 다른 모양의 주석 산화물을 만들고자 하고 있다. GTB

실리콘 나노잉크를 사용한 태양 전지의 효율 향상
미국 캘리포니아에 위치한 Innovalight사가 잉크젯 인쇄를 이용해 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 잉크를 패턴화해서 태양 전지의 효율을 올리는 방법을 개발했다. 이 방법으로 제조된 태양전지는 18퍼센트의 효율을 가지는 것으로 알려졌으며 Innovalight는 고효율 태양 전지를 저렴하게 제조하는 방법을 얻게 되었다고 발표했다.
Innovalight는 상해 (Shanghai)에 위치한 태양전지 제조회사인 JA Solar사와 협력하고 있으며, JA Solar는 이 기술을 적용한 태양전지를 내년까지 시장에 도입할 계획이다. Innovalight사의 최고 기술 책임자 (chief technology officer)인 Homer Antoniadis는 실리콘 표면을 패턴화 하는 방법으로 높은 에너지를 가진 단파장광의 흡수효율을 올려서 태양 전지의 효율을 올리는 것은 가능하지만, 표준화된 방법을 도입할 경우, 여러 단계의 에칭 (etching)이 필요하므로 제조비용이 지나치게 상승하는 문제점이 있다고 설명했다. Innovalight는 실리콘 잉크를 도입하는데 들어가는 비용은 밝히지 않았다. 하지만, 저렴한 비용으로 발표한 효율의 달성이 가능하다면 전기 에너지원으로서 태양 에너지의 가능성을 더욱 높일 전망이다.
Innovalight는 실리콘 잉크를 개발했으며, 패턴화에 필요한 잉크젯 인쇄 기술은 네덜란드 OTB Solar사의 잉크젯 기술을 사용한다. Innovalight의 잉크는 실리콘 나노결정 현탁액 (suspension)이다. 배합은 비밀이지만, Antoniadis는 Innovalight이 두 가지 중요 인자인 나노결정의 크기와 인쇄성 (printability)을 조절할 수 있는 기술을 가지고 있다고 밝혔다. 나노결정의 지름을 수 나노미터로 만듦으로써, 결정이 실리콘 웨이퍼에 결합될 수 있는 온도를 낮추었으며, 잉크는 나노결정의 현탁화를 도와주는 유기화합물을 포함하고 있다. 이 유기화합물이 없다면 나노결정은 가라앉아 버리고 잉크젯 인쇄를 사용할 수 없게 된다. CEO인 Conrad Burke는 낮은 온도에서 가공이 가능하기 때문에 일반적인 태양 전지제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼보다 얇은 웨이퍼를 사용할 수 있고 결국 제조 단가를 낮출 수 있다고 밝혔다.
18퍼센트의 효율은 Innovalight의 파일럿 공장에서 얻어진 값이지만, 별도로 미국 국립 재생에너지 연구소 (National Renewable Energy Laboratory, NREL)에 의해서도 확인되었다. Antoniadis는 같은 태양전지에 잉크젯 인쇄 기술이 부가되지 않았다면 효율이 16.5~17퍼센트 일 것이라고 밝혔다. NREL의 Matthew Beard는 실험실 수준에서 실리콘 태양 전지의 효율은 25퍼센트가 최고 기록이라고 밝히면서, 하지만 18퍼센트의 효율도 저렴하게 달성할 수 있다면, 이것은 중요한 결과라고 평가했다. 로렌스 버클리 국립 연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory)의 Cyrus Wadia도 이에 동의하면서 효율 증가가 그다지 높지는 않기 때문에 비용이 중요한 문제이며, 경쟁력을 가지기 위해서는 실리콘 인쇄에 의한 제조비용 상승이 13퍼센트 이하여야 할 것이라고 보았다.
같은 용도로 나노소재를 개발하고 있는 Wadia는 실리콘 잉크의 궁극적 목표는 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고 잉크만으로 태양전지를 만드는 것이라고 밝혔다. Antoniadis도 논리적으로는 가능한 것이라면서, 하지만 이를 위해서는 더 많은 개발이 필요하다고 밝혔다. Innovalight는 이미 태양전지의 핵심 소재인 양전하와 음전하 모두를 전달할 수 있는 실리콘 잉크를 개발했다. 하지만 이 회사는 실리콘 웨이퍼를 사용하는 방법을 먼저 개발하고 있는데, Antoniadis는 이를 우선 가장 짧은 시간에 가치 있는 제품을 만들 필요가 있기 때문이라고 설명했다. GTB