TTF·TCNQ화합물
태양전지에 유망
産總硏 등 발견
산업기술총합연구소 등의 연구팀은 테트라티아풀바렌(TFT)과 테트라시아노퀴노지메탄(TCNQ)라는 화합물이 저가인 차세대 태양전지로서 기대되고 있는 유기박막 태양전지의 발전 재료에 응용할 수 있으리라는 가능성을 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 제시하였다. 이번 방법으로 여러 가지 화합물의 발전재료로서의 능력을 알게 되어 재료설계의 효율화에 도움이 될 것이라고 한다.
유기박막 태양전지의 발전 성능은 전자를 주기 쉬운 재료와 전자를 받기 쉬운 재료의 조합이 영향을 준다. 전자를 주는 TTF와 전자를 받는 TCNQ의 조합이 가시광인 파장 620나노미터의 빛을 잘 흡수하여 고효율로 발전할 수 있을 가능성이 있다는 것을 알았다. 일간공업

무선 LAN 시스템
태양전지로 송수신
프루노시스템즈(東京都 墨田區, 사장 妹尾行雄)은 태양전지 패널을 활용한 자립형 무선 LAN시스템 「앱솔원(アプソルワン)」을 발매했다. 태양전지 패널로 발전한 전력을 사용하여 액서스 포인트(무선송수신기)를 가동한다. 실외 등 배선공사가 불가능한 장소에서 반경 50-100미터 정도의 범위를 무선 LAN환경으로 만든다. 개별 사양품으로 가격은 약 60만 엔. 첫해 10세트의 판매를 전망한다.
이 회사의 무선 네트워크 관리 시스템의 옵션 제품으로 발매했다. 가동에는 이 시스템(약 65만 엔부터)의 도입이 필요. 감시용 네트워크 카메라, 태양전지 패널, 액서스 포인트, 축전지로 구성한다. 학교나 지자체 등의 실외 지역 이외에 기업의 사업계속계획(BCP)대책 제품으로 제안한다. 액세스 포인트끼리 무선 통신하는 리피터 기능으로 배선 공사를 하지 않고 무선 LAN, 감시 카메라를 운용할 수 있다. 일간공업

태양광과 LED활용 가로시설 개발
積水樹脂와 京세라솔라코포레이션(京都市 伏見區)는 태양광 발전과 발광다이오드(LED)를 활용한 가로시설 「에코쉘(エコシエル)」을 공동 개발했다. 버스 정류장이나 역전 광장의 태양과 비가림 가로시설로서의 수요를 전망한다. 가격은 485만 엔으로 지난 7월부터 판매하고 있다.
積水樹脂의 다목적 쉘터유닛의 지붕 부분에 京세라의 태양전지 모듈 약 1킬로와트 분량을 탑재하고, 처마 부분의 조명에 LED를 채용했다.
발전한 전력은 쉘터 안의 조명뿐 아니라 이 회사와 전력계약을 한 주변 설비에서 사용하는 일과 전력회사에 매전(賣電)이 가능. 재해 시에는 부속하는 파워컨디셔너의 자립 운전 기능을 활용함으로써 휴대전화의 충전 등 비상용 전원으로 사용할 수 있다. 일간공업

태양열을 집광할 수 있는 새로운 방법의 개발
태양에너지를 활용하기 위한 대부분의 기술들은 햇빛 그 자체를 수집하고자 한다. 햇빛은 태양광 물질들을 사용하여 전기로 변환이 된다. 다른 태양에너지 활용 기술들은 태양의 열에너지를 사용한다. 그리고 일반적으로 물을 끓이고 발전터빈을 가동시킬 수 있을만큼 충분한 열을 만들어내기 위해 거울을 사용하여 햇빛을 집광하게 된다. 세 번째, 일반적인 방식은 아니지만, 태양열을 전기로 직접 변환하는 방법이 있다. 물론 여기서도 태양열은 거울에 의해 집광된다. 태양열을 전기로 직접 변환시키는 방식은 열광전(thermophotovoltaics)이라 불리우는 장치를 사용하여야 하며, 이 장치는 1950년대 MIT에서 그 뿌리를 찾을 수 있다.
현재 MIT의 연구진들은 햇빛을 집광할 수 있는 거울 없이 열광전 장치를 사용할 수 있는 새로운 방법을 찾고자 노력하였다. 그 결과, 이 시스템을 좀 더 간단하고 저렴하게 만들었다. 중요한 것은 광자크리스탈을 사용함으로써 MIT 연구팀이 획득한 열전기 물질이 벗어남게 되는 것에서부터 열을 보호하는 것이다: 본질적으로 이 물질의 최고층 내 초소형 구멍을 정확하게 배열시킴.
이 접근방식은 지구의 온실효과를 따라하고 있다: 태양에서 발산되는 적외선은 지구 표면 위 구멍을 통해 들어올 수 있다. 하지만, 반사가 된 적외선들은 그것들이 달아나고자 시도를 할 때 막혀버릴 것이다. 이러한 봉쇄는 정확하게 설계가 된 기하학(기하학적 배열)에 의해 만들어진다.
이러한 새로운 장치는 MIT 전자연구소에 의해 수행된 연구논문에서 다루고 있다. 이 연구논문은 Peter Bermel 연구원과 그의 동료들에 의해 수행되어졌으며, Nanoscale Research Letters지에 게재되었다.
Bermel 연구원은 만일 당신이 보통의 검은 색의 빛을 넣고 직접적인 햇빛 내 열흡수 물질을 넣는다면, 물을 끓이는 것보다 더 뜨겁게 될 수는 없을 것이다. 왜냐하면, 이 물체는 열을 흡수하는 것만큼 빠르게 열을 재방산할 것이기 때문이다. 하지만, 전력을 효율적으로 생산하기 위해 당신은 그것보다 더 뜨거운 온도를 필요로 한다. 굴곡형 거울 또는 대형 평면거울로 햇빛을 집광시킴으로써 더 높은 온도를 얻을 수 있을 것이다 - 하지만, 더 거대하고 더 복잡한 시스템의 높은 비용 지출이 있을 것이다.
이와 관련하여 Bermel 연구원은 다음과 같이 말하였다.
“내가 자세히 보고 있는 것은 햇빛의 열을 집광함으로써 그러한 패러다임(paradigm)을 대신하는 것이다.” 그 결과는 이러한 장치가 일반적인 검은 물체가 흡수하는 열의 양만큼 열을 흡수할 수 있다는 것이다. 하지만, “실제, 우리는 극도로 뜨거운 그리고 재 방산되지 않는 열을 흡수할 수 있다.”
그러한 시스템은 보수적인 형태의 발전기술과 경쟁을 할 수 있을 만큼 효율적이다. 이것은 집광기를 대체할 것이다. 뿐만 아니라, 이 시스템은 기본적인 칩(chip)-제조 기술을 사용하여 간단하게 제작된다. 반대로, 전통적인 집광시스템을 위해 사용이 된 거울은 정말 좋은 광학물체이다. 하지만, 많은 비용이 들어간다.
이 연구의 다음 단계는 전력을 가장 효율적으로 생산할 수 있는 것을 찾기 위해 이러한 기계구성에서 서로 다른 물질들을 측정하는 것이다. 기존의 태양 열광전 시스템이 가지고 있는 가장 높은 효율은 10%이다. 하지만, 이상의 각도조절 접근방식이 가지고 있는 효율성은 35%에서 36% 정도이다. 반대로 그것은 전통적인 태양광 전지에 의해 달성될 수 있는 이론적 최고 효율성을 능가하는 것이다.
태양광 전기 사업에서 1%의 효율성 차이도 정말 중요하게 고려되어진다고 Bermel 연구원은 말하였다. 하지만, 이러한 점에서 그의 연구는 주이론이 되어왔다. 따라서 다음 단계는 좀 더 현실적인 장치를 만들고 이를 검증하는 것이다. 지금까지 우리는 예비적인 결과를 얻어왔다. 이러한 결과는 이상의 주 이론을 타당화시킬 수 있는 것이다.
이번 연구에 참여를 하지 않았지만 프린스턴 대학교(Princeton University) 전기공학부 Jason Fleischer 조교수는 이러한 열광전 시스템을 위해 햇빛을 집광시킬 필요가 있으며, 공간으로 재 방출되는 것이 문제라고 말하였다. Bermel 연구원과 그의 동료들에 의해 개발이 된 이번 기술은 기본의 햇빛 흡수 물질을 사용하고 있으며, 이 물질 내에 양자구조를 만들고 있다. 이는 태양광 변환을 위해 가장 최적화된 파장과 방향으로 빛을 배출하기 위함이다. 이러하게 함으로써 햇빛을 좀 더 효율적으로 받고 작은 장치이지만 전통적인 것보다 더 많은 전기를 생산할 수 있다. GTB

다결정 실리콘
태양전지를 저가로
産總硏 등 기판의 반사 억제
산업기술총합연구소, 노리타케 컴퍼니 리미티드 등의 연구팀은 실리콘의 잉곳을 슬라이스하는 방법의 하나인 「고정 지립(砥粒)방식」을 사용하여 슬라이스한 다결정 실리콘 기판의 반사를 억제하기 위한 새로운 기술을 개발했다. 다결정 실리콘 태양전지의 저가화로 이어진다고 한다.
각이 있는 단단한 미립자(지립)를 뿜어서 표면을 울퉁불퉁하게 하는 「샌드 블라스트」처리를 한 후에 개발한 산(酸) 용액에 담근다. 샌드 블라스트 처리를 하지 않은 기판과 비교하여 반사가 억제되었다. 고정 지립 방식은 다이아몬드 알맹이가 붙은 피아노줄 와이어로 결정 실리콘의 잉곳을 슬라이스 한다. 현재의 유리(遊離) 지립 방식에 비해 슬라이스 시간을 약 3분의 1로 단축할 수 있는 이외에 표면반사를 억제하기가 어려웠다. 일간공업

인쇄로 태양전지를 싸게
미국 오레곤 주립대학
화합물계인 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀렌) 태양전지 디바이스를 잉크젯 프린터의 기술을 사용하여 제작하는데 성공했다. 낭비되는 원재료를 종래보다 약 90% 줄일 수 있는 데다 기상퇴적법이라고 하는 대규모 제조 수법이 필요치 않기 때문에 원가 절감에 도움이 된다고 한다. CIGS태양전지는 경년(經年) 열화가 적다는 것 외에 현재 주류인 실리콘계에 비해 슬림형화할 수 있다는 것이 특징. 실리콘계에서 두께 50마이크로미터의 광전변환층과 동등한 능력을 CIGS라면 두께 1-2마이크로미터로 달성할 수 있다고 한다. 일간공업

염료 감응형 태양전지의 패러다임 이동
지금까지 효율 11%를 넘는 실질적인 염료감응형 태양전지(DSCs; Dye-Sensitized Solar Cells)는 루테늄을 포함하기 때문에 비용이 많이 소모된다. 태양 전지의 효율을 향상시키고, 루테늄과 같은 귀금속 요소를 제거함으로써 비용을 절감시키고, 이와 동시에 전극으로 전달되기 전 전하의 recombination을 막을 필요가 있다.
미국 Stanford University의 Michael D. McGehee는 염료 감응형 태양 전지의 새로운 패러다임을 설명했다. 본 내용은 2011년 11월 4일자 Science 매거진의 Perspective란에 “Paradigm Shifts in Dye-Sensitized Solar Cells”라는 제목으로 게재했다.
최근 스위스 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne의 Michael Gratzel 교수가 이끄는 연구진은 Science지에 출판한 “Porphyrin-Sensitized Solar Cells with Cobalt (II/III)-Based Redox Electrolyte Exceed 12 Percent Efficiency”란 제목의 논문을 살펴보면, 코발트를 포함한 산화 환원 매개체를 새롭게 설계하여 12.3%의 효율을 기록하는데 성공했다.
어떻게 산화 환원 매개체가 DSCs의 효율을 향상시켰는지 이해하기 위해서는, 전기화학 전지의 구동 메커니즘을 살펴볼 필요가 있다. DSCs는 통상적으로 대부분의 입사되는 태양 에너지를 반사하는 산화타이타늄 나노결정이 빛 흡수를 위한 염료와 함께 투명 전극에 결합된 구조로, 빛에 의해 발생된 전하를 100%로 전극으로 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
지금까지 이러한 시스템에서 최대 전력 변환 효율은 11.1%로, 넓은 에너지 갭을 갖는 염료를 사용함에도 예상만큼 높은 전압을 발생시키지 않는다. 이는 그림 1B와 같이 iodide 기반 산화 환원 매개체의 포텐셜이 너무 낮기 때문이다. 따라서 에너지를 낭비하게 된다.
많은 연구진들이 DSCs의 전압을 향상시키기 위해 이상적인 산화환원 포텐셜을 지닌 물질을 찾으려고 노력했지만, 그 속도가 매우 더딘 상황이다. Michael Gratzel 교수는 아연 포피린 complex를 통해 전자 주개와 전자 받개를 연결했다. 이러한 시스템은 루테늄과 같은 희귀 금속을 포함하지 않기 때문에, 비용 측면에서 유리하고 빛을 더 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 이러한 분자의 측면에 알콕시(alkoxy) 체인을 연결해 산화타이타늄의 전자와 코발트 complex의 정공 사이에 재결합을 효율적으로 방지할 수 있다. 무엇보다 코발트 기반의 complex는 통상적인 iodide 이온 기반의 물질보다 전해액 속으로 확산 현상이 작다.
그동안 새로운 염료 및 산화환원 시스템을 개발하기 위한 노력이 수없이 진행됐지만, 결론은 루테늄과 iodide가 최고의 조합이라는 것이었다. 이번 연구 결과는 DSCs 분야에 있어 완전히 새로운 패러다임을 제시한 것으로, 앞으로 기존 시스템에 상응하는 안정성만 입증한다면 15%의 효율을 갖는 저비용, 고수명 DSCs 개발이 가능할 것으로 전망된다. GTB
<그림> (A) DSC 태양 전지의 모식도. 통상적인 전지에서 염료는 루테늄 complex, 산화 환원 셔틀은 iodine 이온에 기반을 둠. 스위스 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne의 연구진은 전자 주개 및 받개가 공액 브릿지 그룹을 통해 연결된 염료를, 그리고 코발트 화합물 기반의 산화 환원 셔틀을 이용함. (B) 에너지 밴드 다이어그램.

이동충전하는 태양광 발전기
日本建裝 조명·방재(防災)전원용
日本建裝工業(大分市, 사장 池辺和壽)MS 미국 썬런너(버지니아주)제(製) 이동충전식 태양광 발전기 「썬런너」를 발표했다. 실내외의 조명이나 방재용 전원으로 이용한다. 가격은 175만 엔. 첫해 50대의 판매를 목표로 한다.
일본에서의 독점판매권을 획득한 썬런너는 출력 135와트의 태양전지 패널 2장과 축전지로 구성. 이 패널은 높이 150센티×촉 67센티, 깊이 4.6센티미터, 중량 118킬로그램. 축전용량은 2킬로와트시(時). 주야, 우천을 불문하고 축전만으로 연속 12시간 이용할 수 있다. 낮 동안에 태양전지 패널과 함께 이용했을 경우의 최대 출력은 3.5킬로와트시가 된다고 한다.
池辺 사장은 「기존의 시판품에 비해 중량, 가격은 3분의 1 정도. 축전지에는 캐스터가 부착되어 있으므로 이동도 편리」하다고 차별화된 점을 강조. 앞으로 일본 전국에 대리점을 두어 판매한다.
日本建裝工業은 에너지 절약 기기를 수입 판매한다. 2010년 2분기의 매상고는 약 1억 5000만 엔. 2011년 4월에 썬런너와 수입판매 총대리점 계약을 체결했다. 일간공업
타워 집광형
태양광 발전시스템 개발
JFE엔지니어링
JFE엔지니어링(東京都 千代田區, 사장 岸本純幸)은 태양광을 거울로 모아서 발전하는 「타워 집광형 태양광 발전 시스템」을 개발했다. 통상의 패널상(狀) 전지에 비해 700배의 빛을 태양전지 모듈에 모을 수 있어 설치 면적을 작게 할 수 있다. 2012년도 안에 일본에서 메가와트급의 실증설비를 설치, 2013년도의 상용화를 지향한다.
「헤리오스타트」라고 하는 태양을 추미(追尾)하는 거울을 사용, 높이 20미터의 타워 위에 놓은 태양전지 모듈에 빛을 모은다. 모듈의 전면에는 렌즈를 배치, 태양전지 셀에는 「다접합형(多接合型)」이라고 하는 발전단의 효율이 26%인 타입을 채용하여 더욱 효율을 높였다. 철강설비의 냉각기술의 응용하여 셀이 고온이 되는 것을 방지하는 수냉장치를 개발했다고 한다. 일간공업

축전지의 도입
태양광 사용자 지진으로 흥미 확대
「관심」91% 住環境硏究所 조사
동일본대진재 후, 태양광 발전(PV) 채용자의 91%가 축전지에도 흥미 - .
積水化學工業 住宅컴퍼니의 연구조사기관인 住環境硏究所(東京都 千代田區, 소장 倉片恒治)가 발표한 조사보고에 따르면 소비자의 에너지 절약기기에 대한 높은 관심이 분명해졌다. PV 비채용자의 축전지에 대한 관심도 84%로 높은 비율로 나타났다.
앙케이트 「PV채용자의 진재 후 의식과 행동에 관한 조사」는 7월에 PV채용자 716건, 비채용자 1037건을 대상으로 웹을 사용하요 조사했다. PV채용자의 축전지에 대한 관심은 「상당히 관심」이 34%, 「어느 정도는 관심」이 57%였다. 재해 시나 정전 시의 비상용 전원으로서 축전지에 기대하는 이외에 주간의 PV발전과 야간전력의 축전으로 에너지를 자립화할 수 있는 일에도 관심이 높다.
또 PV채용자에 PV에 대한 주위(동거하는 가족을 제외한 사람들)의 반응을 들은 결과, 「이전보다 화제가 되는 일이 늘었다」고 동일본 거주자의 62%, 서일본 거주자의 34%가 회답했다. 전력 부족 문제가 장기화되는 가운데, 대부분의 소비자가 에너지 창출 . 에너지 축적 기기의 도입을 적극적으로 생각하고 있는 것 같다. 일간공업

축전지·태양광을 융합
소니, 에너지 시스템 사업 전개
보수 메뉴 충실
소니는 일본에서 업무용 축전지와 태양광 발전 등을 조합시킨 에너지 시스템 사업에 나선다. 리튬이온 2차 전지와 컨트롤러, 인버터 등을 일체화한 축전지를 지난 9월에 발매함과 동시에 시스템 구축사업에도 나섰다. 동일본 대진재 이후의 전력 문제로 올 여름뿐 아니라 중장기적인 절전대응이 요구되고 있어 축전지와 함께 재생가능 에너지를 포함하여 제안해 나간다. 해외시장과 주택용에 대한 제품 전개도 검토하고 있다.
업무용 기기의 일본 내 판매회사, 소니비즈니스솔루션(東京都 港區) 내에 신설한 「에너지 사업추진실」이 중심이 되어 고객에 대한 시스템을 제안한다. 「아직 실력은 부족하지만 향후 빌딩 전체의 시스템 구축을 목표로 하고 있다.」(에너지 사업추진실장인 渡邊圭一)라는 전망을 갖고 있다. 단 「시간이 필요한 비즈니스이므로 상담에 반 년 정도 걸리는 경우가 많다」(동)고 하며 실제 시스템 도입은 2012년부터가 될 것이라고 한다. 통신망 경유의 상태감시 대행 서비스 등 보수 메뉴를 충실하게 한다. 이 회사는 은행의 현금자동지급기(ATM)의 감시를 도급받았던 실적이 있어 기존의 보수 서비스 체제를 활용할 수 있다. 그밖에 고객마다의 전용문의 창구 설치와 최대 8년간의 보수 서비스 등을 종합할 예정.
리스로도 제공하는 업무용 축전지는 축전 용량이 2.4킬로와트시로 정전 시 사무실에서 데스크탑형 컴퓨터 10대를 2시간 가동시킬 수 있다. 방송국의 정점 카메라와 중계국 등의 백업 전원용도도 상정한다.
절전수요의 순풍이 불어오는 업무용 축전지 시장은 東芝와 에리파워(東京都 品川區)도 같은 규모의 제품을 판매하여 격심한 경쟁을 펼치고 있다. 일간공업