태양광 발전
중국, 2.5배로 상향 수정
20년 목표 일본의 원자력 발전 사고를 보고
중국 정부는 2020년 말을 목표로 태양광 발전의 발전능력을 2010년 말의 50배인 5천만 킬로와트로 늘리는 방향으로 검토에 들어갔다. 동일본 대지진에 의한 후쿠시마 원전 1호기의 사고로 중국 국내의 원전 건설에 불확실 요소가 생겼기 때문에 생겨난 조치라고 한다. 지금까지는 20년에 2천만 킬로와트를 계획했는데 목표치를 5배로 상향 수정한다.
2010년 말 태양광 발전의 발전 능력은 약 100만 킬로와트. 종래는 태양광 발전의 발전능력을 15년에 500만 킬로와트, 20년에 2천만 킬로와트로 늘릴 계획이었다. 새 계획에서는 15년에 1천만 킬로와트, 20년에 5천만 킬로와트로 확대를 검토한다.
중국 정부는 20년 말에 원전의 발전능력을 10년 말의 8배인 8600만 킬로와트로 늘릴 방침이었다. 그러나 중국 정부는 원전의 안전계획을 정책하기 위한 원전건설의 승인을 일시적으로 중단했다. 일경산업

CIS 태양전지
변환효율 17.2%로
昭和쉘 계열사, 세계 최고
昭和쉘석유의 태양전지사업 자회사, 솔라 프런티어(東京·港)은 금속화합물형 CIS박막 태양전지에서 세계 최고의 에너지 변환효율이 되는 17.2%를 달성했다. 신에너지·산업기술총합개발기구(NEDO)와의 공동연구의 성과로 작년 9월 시점의 변환효율 16.3%를 갱신했다.
사방 30센티미터의 CIS 태양전지 서브모듈 개구부에서 측정했다. 이 회사는 변환효율 16.3%의 기술을 올 2월부터 상업생산을 시작한 宮崎縣의 제3공장에서 일부 적용하고 있다. 이번 성과는 다음의 새 공장에서 적용할 방침이다. 일경산업

태양전지·축전 시스템
三洋, 德島縣에 납입
방재 시스템용
三洋電機는 태양전지와 다수의 리튬이온전지를 사용하는 축전 시스템을 德島縣에 납입했다. 이 현이 실증실험을 추진할 방재 시스템에 도입한다. 전력회사의 전기에 의존하지 않는 새로운 전력 공급과 사용 방법을 실증한다. 발광다이오드(LED)조명이나 LED표시장치를 조합시켜서 재해정보를 표시하거나 정전 시의 비상용 전원으로 휴대전화를 충전하거나 한다.
이 회사는 이 현에 2차 전지 공장을 갖고 있어 지금까지도 태양전지 등을 제공해 왔다. 원자력 발전소의 사고를 당하여 전력 공급이 부족해질 우려가 높아지는 가운데, 자연 에너지와 축전지, 에너지 절약 기기를 조합시킨 새로운 시스템이 필요하다는 견해가 확산되고 있다. 三洋電機는 파나소닉 그룹으로서 이러한 시스템을 제공할 수 있다는 강점을 살려서 수요 개척을 서두른다.
일경산업

박막형 태양전지
차고용 조명에 사용
L-X-L 지붕에 겹쳐서 설치
住生活그룹 산하의 L-X-L은 박막형 태양전지 판넬을 사용한 차고용 발광다이오드(LED)조명 「폴리카솔라 LED 라이트」를 발매했다. 종래의 유리 기판형에 비해 판넬이 얇아짐으로써 차고의 지붕에 겹쳐서 설치할 수 있어 일체적인 디자인이 가능해진다. 신형 LED 조명을 채용하여 밝기도 2배로 높아졌다. 첫해 1천만 엔의 매상고를 목표한다.
신제품은 「TOEX」브랜드의 환경 배려형 제품 시리즈의 일환으로 외부 전원을 사용하지 않고 태양광만으로 충전이 가능. 박막형 전지는 유리 기판형에 비해 기온이나 조도에 따른 영향을 잘 받지 않아 안정적인 발전이 가능하다는 것이 특징이다. LED조명을 지붕 아래나 기둥에 부착하고, 입고 시 등의 유도등으로서도 사용할 수 있다. 가격은 시공비는 별도로 LED 조명이 3만 4545엔. 태양전지 판넬은 1만 7745엔. 일경산업

우수한 태양전지를 만들게 하는 GaAs 나노기둥
III-V 나노기둥을 기반으로 한 광전자 소자를 만들 수 있는 새로운 방법이 로스앤젤레스 소재의 캘리포니아 대학(University of California, UCLA)과 샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)의 연구진에 의해서 개발되었다. 태양광을 더 많이 흡수할 수 있도록 더 높은 표면 대 부피 비를 가지도록 만들어졌고, 나노기둥의 경사도와 높이를 최적화시켜서 광범위한 파장에서 광학적 흡수를 최대화시켰다.
이 장치의 효율은 상향식 갈륨 비소 나노기둥 태양전지 중에서 가장 높았다고 UCLA의 Giacomo Mariani 박사가 말했다. 또한 이 연구는 임의적 나노와이어 성장을 이용하는 기존의 기술과 비교할 때 더 향상된 재현성과 제어성을 가진 향상된 장치를 만들 수 있게 했다.
나노구조로 된 태양전지는 장치에서 반사되는 광자의 양을 급격하게 감소시키는 광-트래핑 효과 때문에 많은 잠재력을 가지고 있다. 이것은 광 흡수를 향상시킨다. 최근에, 연구자들은 태양전지의 성능을 향상시키기 위한 후보자로서 나노돔, 나노콘, 나노입자, 나노와이어 등과 같은 구조를 연구했다. 이런 물질의 높은 표면 대 부피 비율은 더 많은 광자를 수집할 수 있는 광활성 접합면을 증가시키고 이것은 향상된 전력 변환 효율(power-conversion efficiency)을 가지게 한다.
나노기둥(전자적 및 광적으로 활성인 반도체가 고밀도로 충진된 나노크기 어레이)은 상당히 저렴하고 대량 생산 가능한 태양전지를 만드는데 사용될 수 있지만 이런 물질은 효율 문제가 발생할 수 있다. 또 따른 문제는 이런 구조를 성장시키기 위해서 금속 촉매가 일반적으로 필요한데, 이런 기술은 임의적으로 위치하는 나노기둥을 생성시킨다. 금속 촉매는 기둥을 오염시킬 수 있고 최종 장치에서의 누설 전류를 증가시킨다.
Diana Huffaker과 연구진에 의해서 개발된 이 새로운 방법은 선택적 에피택셜 성장을 리소그래피적으로 정의된 기판에 사용할 수 있고 마스크는 나노기둥 지름과 경사도를 미리 정의하는데 사용된다. 또한 이것은 대면적 나노기둥 어레이를 만들 수 있는 방법을 제공한다.
연구진은 축 방향(중심) 및 옆면(껍질) 나노기둥의 제어할 수 있는 성장을 할 수 있도록 금속-유기 화학 기상 증착 반응기 속에 나노기둥을 성장시켰다. 어떤 금속 촉매도 필요하지 않았는데, 이것은 높은 결정 품질을 가진다는 것을 의미한다. 실제로, 나노기둥으로 만들어진 p-n 접합은 -1V에서 단지 236nA의 낮은 누수 전류를 가지고 물질의 전력 변환 효율은 2.54% 정도이다.
연구진은 실리콘이 이 연구에서 사용된 비화 갈륨보다 훨씬 더 비용-효과적인 플랫폼이기 때문에 실리콘 기판에 III-V 장치를 삽입할 계획을 가지고 있다. 또한 유망한 기질로 사용될 수 있는 다른 물질을 조사하고 있다. 예를 들어, 기둥은 플렉서블 폴리머 속에 삽입될 수 있고 이것은 높은 효율을 가진 III-V 플렉서블 태양전지를 구현하기 위한 성장 플랫폼으로 사용될 수 있다.
연구진은 새로운 종류의 GaAs 장치를 개발하고 있다. 실리콘 위의 헤테로-에피택시(Hetero-epitaxy)는 더 높은 효율을 가진 저렴한 태양전지를 만들 수 있게 할 것이다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 게재되었다. GTB

태양전지 응용을 위한 인듐이 들어있지 않은 전극
ZTO(zinc tin oxide) 사이에 얇은 Ag(은)이 삽입된 다중층 전극의 Inverted 유기 벌크 이종접합 태양전지를 제작, 일반적인 ITO 전극으로 구성된 태양전지와 그 특성을 비교하였다. Indium(In) 이 있지 않은 ZTO/Ag/ZTO(ZAZ)전극은 4.3eV의 일함수를 갖고 삽입층 없이도 우수한 전자추출 을 가능케한다. 결과적으로, TiO2로 구성된 태양전지로부터 알려진 일시적인 특성 (transient characteristics)과 같은 issues를 피할 수 있다. ZAZ는 간단한 소자 구조를 갖는 유기 태양전지의 Bottom 전극으로 완벽한 재료가 될 수 있음을 제안한다.

▶실험 방법
그림 1은 inverted 태양전지의 구조를 보여준다. ZAZ(ZTO/Ag/ZTO) 구조는 RF 마그네트론 스퍼터링 시스템과 열 증발법을 이용해 borofloat 유리 기판위에 증착되었고, 자세한 증착 조건은 원문을 통해 확인할 수 있다.
스퍼터링은 상온에서 이루어졌으며, 증착후 어떠한 후공정처리는 되지 않았다. 타겟과 기판사이의 거리는 70mm이고, 중간 삽입층인 Ag 박막은 열 증착법으로 이루어졌다. bottom 전극으로는 비대칭 ZAZ 구조가 사용되었는데, 밑의 ZTO는 20nm, 위의 ZTO는 40nm로 이루어졌고, Ag는 10nm로 구성된다.
이 전극의 쉬트저항은 10 ohm/square 미만이고, 가시광선 영역의 평균 투과도는 약 80% 수준이다. 이 연구에 사용된 ZAZ 전극은 광학 투과를 위해 최적화 되지는 않았다. ZAZ 레이어들의 roughness는 약 1.8nm정도이고, AFM으로 측정되었으며, 비교를 위해 ITO 전극은 쉬트 저항이 14ohm/square으로 평가되었다. 모든 샘플의 활성 소자 영역은 17.5mm2로 평가된다. 좀 더 자세한 태양전지의 제작과 측정, Kelvin 프로프 측정에 관해서는 다음 참고문헌을 통해 알 수 있다.
- H. Schmidt, K. Zilberberg, S. Schmale, H. Flugge, T. Riedl, and W. Kowalsky, Appl. Phys. Lett. 96, 243305 (2010).
- S. Hamwi, J. Meyer, T. Winkler, T. Riedl, and W. Kowalsky, Appl. Phys. Lett. 94, 253307 (2009).

▶측정 결과
그림 2는 TiOx 삽입층이 있는 (없는) ITO 혹은 ZAZ bottom 전극들로 구성된 inverted 태양전지의 전류-전압 특성을 보여준다. 측정은 샘플 공정 직후 초기상태에서 측정되었다. 유기/TiOx 접합면에서 전자들의 저조한 추출때문에 야기되는 그림 2의 ‘S’ 모양의 곡선을 관찰할 수 있다. ITO 전극으로 이루어진 태양전지 소자는 취약한 개방회로 저압과 단락 회로 전류 밀도를 보인다. 이것은 ITO의 높은 일함수 때문으로, inverted 유기 태양 전지에서 효율적인 전자 수집 전극으로는 적합하지 않는다. ZAZ 전극과 삽입층이 없는 inverted 태양전지는 최고의 효율을 나타내고, ‘S’ 모양의 곡선도 보이지 않는다.
ZTOMS inverted 소자의 디자인에서 전자들을 추출하기 위해 적절한 에너지 레벨을 보인다. Kelvin 프로프 분석에 따르면, ZTO는 4.3eV의 일함수를 갖는것으로 나타났다. 그러나 이전에 보고된 바 있는 ZTO의 일함수는 5.3eV로, 일함수의 변화폭이 큰 것으로 나타났다. 이러한 일함수에 있어 큰 폭의 변화는 표면의 산소 deficiency 때문인 것으로 분석된다. ZAZ의 일함수는 유기층에 인접한 ZTO층이 잠정적으로 어떠한 삽입층 없이도 전자들을 추출하는데 적절한 것을 의미한다.
그림 3은 소자가 AM 1.5G(100mW/cm2)의 조명하에서 5분이 지난후의, 전류-전압 특성을 보여준다.
ITO로만 이루어진 소자를 제외하곤, 모든 소자는 거의 비슷한 전력 변환 효율을 보인다. ITO/TiO2 전극으로 구성된 태양전지 소자는 ZAZ/TiO2 전극의 소자보다 더 높은 단락회로 전류밀도를 갖는것으로 관찰됐고, 이는 아마도 ITO 컨택의 더 높은 투명도 때문인 것으로 분석했다.
그러나 ZAZ/TiO2 소자는 ZAZ의 작은 쉬트 저항으로 인해 더 높은 FF를 갖는것으로 나타났다. TiO2 삽입층에 따른 ZAZ 전극을 비교하면, TiO2 삽입층은 음극/유기 접합면에서 정공을 더 효율적으로 블로킹 함으로서, 더 우수한 정류 특성을 제공한다. 그러나, 전류 밀도는 더 낮은 것으로 나타났다. 그러나 아직 그 이유에 대해서는 분명치 않으며, 조사중이다.
ITO대신 ZAZ bottom 전극을 사용한 접근법은 몇가지 문제점들을 해결해준다. ZAZ의 상온 증착, ZTO의 무결정 구조, 다중층 전극의 부드러운 표면등의 이점들에 기초하여, 대면적 유기 전자공학을 위한 포일 기판위에 전도성 높고, 투명한 전극에 사용할수 있다. ITO와는 달리, ZAZ는 inverted 유기 태양전지에서 전자 선택 레이어 없이도 사용될 수 있는 이점이 있다. GTB

태양전지용 웨이퍼
2공장을 신설
友達光電, 내년에 가동
액정 판넬에서 세계 3위를 다투는 타이완의 友達光電(AUO)는 태양전지용 실리콘 웨이퍼의 2공장을 신설하고 올 연말부터 내년에 걸쳐 가동한다. 友達은 미국 썬파워와 공동 출자로 말레이시아에 태양전지 셀 공장을 가동하고 있으며, 그룹 내의 수직 통합 모델을 확립하여 태양전지 사업의 확대를 노린다.
웨이퍼 공장은 산하의 友達晶材가 타이완 중부의 臺中市에서 착공했으며, 올 10~12월에 다결정 실리콘 웨이퍼를 생산할 제1공장이 가동할 것이다. 내년 1~3월에는 단결정 실리콘 웨이퍼를 생산할 제2공장이 가동할 예정. 생산능력은 각각 30만 킬로와트, 25만 킬로와트가 될 것이라고 한다.
友達은 2009년에 웨이퍼를 생산하는 엠 세테크(東京·港)를 산하에 넣은 이외에 썬파워와 공동 출자한 「AUO썬파워」에서 태양전지 셀의 생산능력을 13년에 140만 킬로와트로 확대할 계획이다. 태양전지 모듈의 조립공장도 이미 臺中市와 체코의 공장이 가동하고 있는 이외에 올 10~12월에는 중국 天津市에서도 새 공장이 가동할 예정이다.
모듈의 조립 능력은 11년 말에 50만 킬로와트가 되며, 13년 말에는 130만 킬로와트로 확대할 것이라고 한다. 일경산업

주문 주택, 광열비 저렴하게
三井홈이 새 상품
태양광과 태양열 이용
三井홈은 태양광과 태영열을 조명이나 급탕에 이용하는 시스템과 에너지 감시 시스템 등을 탑재한 주문 주택의 신상품을 발매한다. 환경부하를 줄이는 설비를 복수 도입하는 등으로 광열비를 억제할 수 있다. 생활에 관련된 이산화탄소(CO2) 배출량의 삭감으로도 이어질 것이라고 하며, 환경성능이 높다는 점을 강점으로 수주를 획득할 계획이다.
새로이 발매할 투바이포 공법의 「green,s(그린즈)」는 기와와 일체형인 태양광 발전 시스템과 급탕 에너지의 삭감으로 이어질 고효율 태양열 시스템을 탑재. 에너지 사용량을 확인할 수 있는 감시 시스템으로 절약의 목표치를 설정할 수 있어 에너지 절약 의식의 향상으로 이어질 것이라고 한다.
전기자동차(EV)의 충전용 콘센트 이외에 빗물을 마당의 살수에 이용할 수 있는 탱크도 설치. 음식물 쓰레기를 퇴비화하는 처리 시스템도 채용하고 있다. 沖縄縣을 제외한 전국에서 발매한다. 모델 플랜의 참고가격은 시공 연면적이 약 213평방미터에 4765만 5300엔. 일경산업

태양전지 재료 가스
大陽日酸이 국내 생산
大陽日酸은 三重縣 伊賀市에서 태양전지의 재료 가스인 셀렌화 수소의 생산을 시작한다. 이 회사가 일본에서 생산하는 것은 최초 실리콘 기판을 사용하지 않는 「CIGS」형이라고 불리는 태양전지용. 자회사인 재팬파인프로덕츠(川崎市)의 三重 공장 내에 제조설비를 마련하였다. 연간 생산 능력은 20톤. 투자액은 10억 엔 전후로 보인다. 이 회사는 셀렌화수소를 1994년부터 미국 자회사에서 생산해 왔다. CIGS형 태양전지는 셀렌과 갈륨, 구리, 인듐의 화합물 반도체로 유리 기판 위에 박막을 만든다. 실리콘을 사용하지 않기 때문에 원가 경쟁력이 높다고 알려져 2025년에 발전량 베이스로 10년에 비해 20배로 시장이 확대될 것이라는 전망도 있다. 일경산업

유기태양전지, 전압 1.8배
東大가 적층의 신기술
東京大學의 但馬敬介 강사, 橋本和仁 교수 등은 종래는 0.5볼트였던 유기박막 태양전지의 전압을 1.8배인 0.9볼트로 높일 수 있는 새로운 제법을 개발했다. 유기태양전지는 2종류의 반도체 박막을 순서대로 발라서 만드는데, 설계대로의 높은 전압을 얻지 못하는 문제가 있었다. 기업과 손잡고 새로운 제법의 조기 실용화를 추진해 나갈 것이다.
개발한 것은 전자를 통과하는 n형과 전자의 구멍(홀)을 통과하는 p형 박막을 각기 다른 기판 위에 만들고, 마지막에 맞붙이는 방법.
실험에서는 n형에 구상탄소분자(플라렌), p형에 불소화합물을 수식(修飾)한 고분자 「P3HT」를 각각 유기용매에 녹인 잉크를 사용했다. n형은 산화인듐주석(ITO) 기판 위에 도포, p형은 유리 기판 위에 수용성 고분자를 매개로 하여 도포했다. 이 둘의 유기용매를 제거한 뒤에 p형 면을 n형 면에 실온·상압에서 겹치면 달라붙고, 물로 적시면 유리 기판을 벗길 수 있었다.
종래 방법에서는 p형 잉크의 용매가 n형 막을 녹이기 때문에 n형과 p형이 경계면에서 섞여서 성능이 떨어졌다. 일경산