액정성의 유기반도체 개발
전자이동도 1000배로, 바르기만 하면 형성
태양전지 성능 향상에 빛
香川大學의 舟橋正治 교수 등 연구팀은 종래의 약 1000배의 전자 이동도를 가진 유기반도체를 개발했다. 유기용매에 잘 녹는다는 것도 특징이다. 저가인 차세대 태양전지로 기대되고 있는 유기박막 태양전지의 성능을 대폭 높일 가능성이 있다고 한다. 태양전지용도로 3년 후의 실용화를 목표로 한다.
개발한 반도체 화합물은 n형 반도체의 성질을 보이는 유기화합물 「페리렌 테트라 카르본산 지이미드」에 실리콘 고무에 사용되는 「올리고실록산」을 결합한 것이다.
실온에서 액정성을 보인다는 것이 특징으로 비정질 반도체보다 분자가 깔끔하게 늘어서 있기 때문에 전자가 이동하기 쉽다. 대표적인 n형 유기반도체인 플라렌과 비교하여 전자이동도는 약 1000배. 플라렌보다 싼값에 합성할 수 있을 것이다.
유기용매에 잘 녹고 바르기만 하면 간단히 형성할 수 있다. 단, 발라서 형성했을 경우는 결정구조가 무너져 전자가 잘 통하지 않게 된다. 따라서 유기박막태양전지로 응용하려면 결정구조가 무너지지 않도록 하는 기술이 별도로 필요하다. 또 개발한 반도체에 맞는 p형 반도체의 개발도 과제가 될 것이다.
유기박막 태양전지는 진공 프로세스가 필요치 않아 바르기만 하면 간단히 만들 수 있기 때문에 제조 원가를 대폭 절감할 수 있다고 알려져 있다. 그러나 변환효율은 높아도 10% 정도로 이미 보급되어 있는 실리콘계 태양전지보다 뒤떨어져 보급에 이르지 못했다. 개발한 재료는 유기 트랜지스터에 대한 응용도 기대할 수 있다고 한다. 일간공업

태양전지, 단결정으로 통일
주택용 신제품부터
三菱電機는 태양전지를 단결정 실리콘제로 통일한다. 주택용 태양전지에서 단결정의 신제품을 5월 10일에 발매한 후, 다결정 실리콘제의 생산을 끝냈다. 공공・산업용은 2011년 4월에 단결정에 기본적으로 일체화했다. 주택, 공공용 모두 같은 면적에서의 발전량이 많은 단결정으로 좁혀 일본 시장에서의 점유율을 확대한다.
주택용으로 판매중인 다결정 제품의 재고가 없어지면 판매도 끝낸다.
三菱電의 2011년도 태양전지 모듈의 판매 실적은 190메가와트로 일본에서는 주택용이 80%를 차지했다. 또 이 회사의 일본 내 점유율은 10% 전후. 5월에 발매한 신제품은 무연(無鉛)납땜의 단결정형 태양전지 모듈 「멀티루프」・맞배지붕에 설치하기 좋은 출력 212와트 타입, 일반 사이즈는 좁아서 놓을 수 없는 빈 공간에 설치하는 소형의 동 168와트 타입 등 3가지 제품. 합계 연 3만 6000건의 납입을 목표로 한다.
단결정은 실리콘의 결정이 같은 방향으로 늘어서 있다. 다결정은 몇 개나 되는 단결정이 모인 구조. 단결정은 태양광을 전기에너지로 바꾸는 발전효율이 높아 지붕과 같은 좁은 장소에 태양전지를 놓는 일본 시장에 적합하다. 한편, 다결정은 제조 원가가 싸다는 이점이 있다. 일간공업

태양광발전 장치의 혁신적인 발전을 가져다 줄 측정기술
NIST의 연구진이 개발한 새로운 다용도 측정 시스템을 활용하면 태양에너지 관련 장치의 전기 출력 및 용량을 빠르고 정확하게 측정할 수 있을 것으로 보인다. 이러한 기술은 차세대 태양전지를 개발 및 제조하고자 하는 연구팀 및 제조사에게 매우 유용할 것으로 기대된다. 현재 태양전지 기술 대비 보다 효율적이면서 경제성 있는 방법으로 태양광을 전기로 변화하는 혁신적인 장치는 전세계 태양광 관련 산업 종사자들이 추구하는 공통된 목표이다. 태양광발전의 혁신은 화석연료 소비를 줄이고, 빠르게 성장하는 전세계 태양광 시장을 선점하는 것이라 할 수 있다.

Applied Optics 저널에 발표된 내용에 따르면 NIST 연구팀은 32개의 LED을 조합하였다. 이들 LED는 서로 다른 태양 스펙트럼에서 빛을 발생시킨다. 연구팀은 대면적에 대한 태양광발전 장치의 파장 관련 양자 효율을 측정하기 위해 기존에 이미 출시된 장비를 자체 기술을 이용하여 변경 및 제작하였다. 현재 이러한 측정에 가장 많이 사용되는 기술에는 백열 전구 또는 크세논 램프와 다른 종류의 방전 램프가 사용되고 있다. 이러한 기존 방법 대비 새롭게 개발된 측정기술은 빠른 측정 속도, 간편한 운영방식, 보다 균일한 조도(illumination), 10배나 긴 제품 수명의 장점을 갖고 있다.
파장별 반응을 측정하기 위한 새로운 NIST 시스템은 독특하면서 상호 보완적인 2가지 방안을 제공한다. 이를 통해 일정량의 태양광이 태양광발전 장치에 도달하였을 때 얼마나 많은 전류가 발생하는지를 확인할 수 있다. 2가지 방안 모두 직관적이며 같은 하드웨어 셋업을 이용한다는 장점이 있다. 2가지 중 어떤 방법을 사용하더라도 자동화된 시스템은 태양복사를 모사하고 얼마나 효율적으로 태양광에서 전기로 변환될 수 있는지 측정하기 위해 사용되는 현재 장비 대비 더 빠른 측정 속도를 제공한다.
2가지 기술 중 하나는 LED 조명을 연속적으로 활성화하기 때문에 다른 기술 대비 간섭의 영향이 적다. 그리고 약 6분만에 파장별 반응을 측정할 수 있다. 또 다른 기술은 32개의 LED가 동시에 활성화하나 각각의 LED는 다른 속도로 빛의 진동을 만들어내는 것이다. 이러한 기술을 이용하면 전체 LED가 혼합된 스펙트럼에 대한 PV 장치의 반응은 4초 이내에 결정된다. 이 기술은 간섭에 더 민감할 수 있지만, 보다 빠른 시간내에 측정이 가능하여 생산라인의 품질을 빠르게 확인할 수 있다는 장점이 있다.
새로운 시스템은 지난 2010년말 NIST가 주최한 태양에너지 전문가 그룹 회의시 제시되었던 기술적 목표를 도달하는데 중요한 역할을 하고 있다. 이들 전문가들은 10분 이내 파장별 반응을 측정할 수 있는 기술 개발의 목표를 세운 바 있다. 이번 새로운 시스템이 시간과 관련된 문제를 해결하였지만 NIST 연구팀은 다른 목표에 도달하기 위해 추가 연구를 수행하고 있다. 이들이 원하는 것은 태양의 에너지 집약도(Energy Intensity)를 매칭하거나 이를 초과하는 것을 포함하고 있다. 이를 통해 LED 합성 파장에 적외선 부분을 포함시키고, 측정 불확실성을 1% 이내로 줄이고자 한다. 그러나 현재까지 이루어진 작업은 NIST 연구팀이 태양 모사나 PV 나 다른 광전기 장치들의 특성을 파악하기 위해 LED를 사용하는 것이 이제 기술적으로 실현가능하다는 것을 입증한 것뿐이다. GTB

리폼 주택용 태양광 설비
중량 반감, 저가화
미사와홈과 후지프레엄은 리폼 주택용 경량형 태양광 발전 시스템을 전국적으로 판매한다. 두께 0.8밀리미터의 화학강화 유리를 태양전지 모듈로 채용하여 종래 제품보다 중량을 반감시켰다. 리폼용 태양광 발전 시스템은 보강공사가 필요하여 원가가 늘어난다는 것이 과제가 되었다. 두 회사는 경량화에 의해 저가화로 설치할 수 있게 하였다.
개발한 패널은 한 장당 세로 1482밀리×가로 985밀리×두께 35밀리미터. 유리의 두께를 종래의 3.2밀리미터에서 동 0.8밀리미터로 얇게 만들어 중량을 8.2킬로그램으로 경량화 했다. 최대 출력은 215와트. 비용은 공사비 포함하여 1킬로와트 당 56만 7000엔.
후지프레엄이 주로 디스플레이용으로 전개하고 있는 정밀한 접합 기술을, 태양전지 모듈에 응용했다. 일간공업

양자 도트 태양전지
실용화에 10년 계획
샤프와 東芝, 日立製作所, NEC, 富士通 등 반도체 관련 메이커로 구성된 超先端電子技術開發機構(ASET)는 차세대의 고효율 태양전지로 주목되는 「양자 도트 태양전지」의 실용화를 위한 10년간의 연구계획을 확정했다. 5년 이내에 현행 실리콘 태양전지의 이론한계인 에너지 변환효율 30%를 달성하고, 10년 후에 60% 초과를 목표로 내걸고 실용화를 지향한다.
앞으로 국가에 프로젝트화를 제안하여 샤프 이외에 三菱化學과 大陽日酸, 東京일렉트론 등의 메이커와 産業技術總合硏究所, 物質・材料硏究機構, 東京大學, 東京工業大學, 京都大學 등으로 구성된 기술조합을 새로이 설립하고 2013년도에 프로젝트 연구를 시작할 계획이다.
이론상, 75%의 높은 변환효율을 전망할 수 있는 양자 도트 태양전지는 지금까지 실용화에 30년 이상 걸린다고 알려져 왔다. 그러나 同日本 대진재 이후의 에너지 문제 해결을 위해 산학관의 일본 전체 체제로 차세대 태양전지의 실용화를 서두를 필요가 있다는 의견이 모아졌다.
검토회의 대표를 맡은 荒川泰彦 東大교수는 「태양전지는 효율이 50%를 넘으면 패러다임 시프트가 일어나 다소 고가라도 종래의 실리콘 태양전지로부터 치환이 급속하게 진행될 것이다」라고 보고 있다.
양자 도트 태양전지는 발전효율이 종래 제품보다 약 3배 높기 때문에 수광(受光) 면적이 3분의 1이면 된다. 주택용 지붕에 작은 면적으로 탑재할 수 있는 이외에 전기자동차(EV)의 지붕에 태양전지를 놓으면 스스로 발전할 수 있는 솔라 자동차가 된다.
또한 휴대전화에 탑재하면 충전이 필요치 않게 될 것으로 기대된다. 일간공업

시금치를 이용한 바이오 하이브리드 태양 전지
밴더빌트 대학의 학제간 연구팀은 이전 바이오 하이브리드 (biohybrid) 태양 전지에 의해 보고되었던 것 보다 더 큰 전류를 제공하도록 태양 전지에서 이용되는 물질인 실리콘에 시금치에서 광을 전기화학적인 에너지로 전환시키는 광합성 단백질을 결합하는 방법을 개발했다.
이 연구는 “Enhanced Photocurrents of Photosystem I Films on p-Doped Silicon”이라는 제목으로 최근 Advanced Materials에 게재되고 밴더빌트 대학은 이 결합을 최근 특허로 출원했다. 이 결합은 다양한 종류의 금속 위에 단백질을 증착하여 얻을 수 있는 것보다 거의 1,000배 증가한 전류 수준을 제공한다. 또한 전압은 약간 증가했다.
연구원들은 만약 전압과 전류 수준을 증가시키는 현재의 추이를 유지할 수 있다면, 3년 내 실용적인 수준의 태양 전환 기술의 영역에 도달할 것으로 예측하고 있다. 연구원들은 다음 단계는 이 새로운 디자인을 이용하여 기능화한 PS1-실리콘 태양 전지를 만드는 것이다. 연구원들은 새로운 디자인을 이용하여, 2피트 패널이 수많은 다른 형태의 작은 전기 소자에 전력을 공급할 수 있는 1볼트에서 적어도 100밀리 암페어를 생산해 낼 수 있을 것으로 계산했다.

그림1: 바이오 하이브리드 태양 전지는 구형 디자인에 기초하여 연구원들에 의해 개발되었다.

40여 년 전, 과학자들은 단백질이 시금치와 같은 식물들로부터 추출될 때, 광시스템1 (PS1)이란 광합성 내 포함된 단백질들 중 하나가 기능을 계속한다는 것을 발견했다. 이후, 과학자들은 PS1이 인공 소자에 의해 얻어진 40퍼센트 이하의 전환효율에 비교하여 거의 100퍼센트 효율을 가지고 태양광을 전기 에너지로 전환한다는 것을 계산했다. 이것은 더 효율적인 태양 전지를 개발하기 위해 PS1을 이용하려고 시도하는 전세계 다양한 연구그룹들을 자극했다.
이 바이오 하이브리드 전지의 또 하나의 잠재적 장점은 저가이며 이미 이용 가능한 물질들로 만들 수 있다는 것이다. 이것은 많은 마이크로 전자 소자들이 백금 혹은 인듐과 같은 희귀하고 비싼 물질들이 필요하다는 것과 매우 다르다. 대부분의 식물은 시금치와 같은 광합성 단백질들을 이용한다. 사실, 또 다른 연구 프로젝트에서 연구원들은 칡에서 PS1을 추출하는 방법에 대하여 연구하고 있다.
초기 발견 이후, 이 바이오 하이브리드 전지는 진척은 느리지만 꾸준히 계속 향상되고 있다. 연구원들은 잎들로부터 효과적으로 PS1을 추출하는 방법을 개발했다. 그들은 이 단백질이 태양광에 노출되었을 때, 전류를 생산할 수 있다는 것을 보여주었다. 하지만, 이 바이오 하이브리드 전지가 제곱인치당 생산할 수 있는 전력량은 상용 광전지에 비해 여전히 낮았다.

그림2: 그래프는 밴더빌트 연구원들이 바이오 태양전지로부터 생산한 전류의 급격한 증가를 보여준다.

또 다른 문제는 수명이었다. 몇 가지 초기 테스트 전지의 성능은 수 주 만에 악화되었다. 그러나, 2010년 밴더빌트 팀은 성능에 어떠한 저하 없이 9개월 동안 PS1 전지를 구동시킬 수 있었다.
자연은 어떻게 이러한 문제를 극복하는지 매우 잘 보여주고 있다. 그 예로, PS1은 소나무에서 수년 간 유지된다.
밴더빌트 연구원들은 PS1/실리콘 결합이 0.3볼트에서 제곱 센트미터당 거의 밀리 암페어(850 마이크로 암페어)를 생산했다고 보고했다. 이 결과는 바이오 하이브리드 전지로부터 이전에 보고된 최고 수준보다 2.5배 증가한 수치이다. 이 결합이 매우 잘 작동한 이유는 실리콘 기판의 전기 특성이 PS1 분자와 맞도록 조절되었기 때문이다. 이를 위해 도핑이라 불리는 공정으로 실리콘의 전기 특성을 조절하기 위해 전기적으로 전하된 원자들을 삽입하였다. 이 경우, 단백질은 양전하로 도핑된 실리콘과 매우 잘 작동하지만, 음으로 전하된 실리콘과는 작동하지 못했다.
이 소자를 만들기 위해, 연구원들은 시금치에서 수용액으로 PS1을 추출하고 p-도핑된 실리콘 웨어퍼의 표면 위에 이 혼합물을 부었다. 이후, 단백질 박막을 남기고 물을 증발시키기 위해 진공 챔버에 이 웨이퍼를 집어넣었다. 그들은 최적 두께가 약 100 PS1 분자 두께인 약 1마이크로미터라는 것을 알아냈다.
PS1 단백질이 광에 노출될 때, 이 단백질은 광자로 에너지를 흡수하고 이 에너지로 자유 전자들을 만들고 이 자유전자들을 단백질의 한쪽 면으로 이동시켰다. 이는 단백질의 반대 면으로 움직이는 홀이라 불리는 양전하의 영역을 만들었다.
식물의 잎에서는 모든 PS1 단백질은 배열된다. 그러나, 이 소자 상 단백질 층 내에서 개별 단백질들은 무질서하게 배열된다. 이전 모델링 작업은 이것이 주된 문제라는 것을 보여주었다. 단백질들이 금속 기판 상에 증착될 때, 한 방향으로 배열된 단백질들은 이 금속이 수집한 전자들을 제공한다.
p-도핑된 실리콘은 전자들이 PS1 내로 흐르게 하지만 단백질로부터 전자들을 얻지 못해 이 문제를 해결했다. 이 경우, 전자들은 일반적인 방향에서 회로를 통해 흐른다. 연구원들은 이 구조는 단백질 배열보다 좋지 못하지만, 이전 소자들에 비하면 훨씬 나아졌다고 밝혔다. GTB

모듈 변환 효율 23%
東大發 솔라벤처 태양광 시스템
스마트솔라인터내셔널(仙臺市 靑葉區, 사장 富田孝司)은 독자 개발한 다접합 셀의 채용으로 모듈 변환효율 23%를 실현한 태양광발전시스템을 7월에 발매한다. 가격은 부착 시공비 등을 포함하여 10만 엔. 상업시설이나 소규모 빌딩의 도입을 전망하고 있으며, 첫해 1만 대의 매상을 목표한다.
판매할 것은 1축 회전식 미러로 태양의 방향을 뒤쫓는 집광형 태양광발전시스템. 모듈 면적 0.9평방미터로, 최대 출력 200와트, 7월에 시작하는 재생가능 에너지의 고정가격 매입 제도와 비상용 전원으로의 수요 확대에 의해 태양광 발전 시스템의 설치가 진행될 것으로 보이는 24시간 편의점 등의 상업시설에 판매한다.
또 고온의 사용상황 하에서도 발전 효율의 저하를 방지하는 냉각 기능을 탑재. 앞으로는 태양광 발전 시스템의 수요 확대가 전망되는 중동이나 인도 등 신흥 시장에도 판매할 계획이다.
이 회사는 東京大學發 벤처 기업, 독자의 집광기술을 활용하여 태양광발전시스템의 고효율 저가화에 매진하고 있다. 일간공업

최초의 풀 SiC 양산
롬 태양광 발전 EV용
롬은 다이오드와 트랜지스터 모두에 탄화규소(SiC)로 구성한 풀 SiC 파워모듈의 양산을 시작했다. 이 회사에 따르면 이 파워 모듈 양산은 세계 최초라고 한다. 경합보다 선행하고 있는 SiC제 금속산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOS-FET)기술의 강점을 살려 완성했다. 산업기기 이외에 풍력발전과 태양광 발전, 전기자동차(EV)용의 수요를 개척한다.
개발한 모듈의 치수는 길이 122밀리×폭 46밀리×높이 17밀리미터, 정격 전압 1200볼트, 전류 100암페어. 이미 실리콘(Si)제로 구성한 동 모듈과 비교하여 체적을 반감하여 스위칭 손실을 85% 줄였다. SiC제 다이오드와 Si제 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성된 동 모듈과의 비교에서도 스위칭 손실을 65% 절감했다.
생산능력은 월간 수천 모듈. 롬은 2013년도 후반에 6인치(150밀리미터)의 SiC웨이퍼를 양산하여 원가를 낮추고, Si제의 3-5배하는 가격은 몇 년 안에 2배까지 낮춘다. SiC 관련 사업으로 2015년 1분기에 매출은 160억 엔(2012년 1분기는 동 35억 엔 전망)을 목표로 한다. 일간공업

콜로이드 양자점을 이용하는 고효율 태양전지
캐나다의 토론토 대학(University of Toronto)과 사우디아라비아의 KAUST의 연구진은 콜로이드 양자점 박막으로 7%의 기록적인 효율을 가진 태양전지를 만들었다. 이것은 콜로이드 양자점을 기반으로 한 이전 장치보다 거의 40% 더 높은 효율이다.
콜로이드 양자점은 단지 몇 나노미터의 크기를 가진 반도체 나노입자들이다. 그들은 용액 속에서 중합될 수 있는데, 이것은 페인트 또는 잉크처럼 다양한 플렉서블 또는 단단한 기판 위에 입자의 박막을 빠르게 증착할 수 있다는 것을 의미한다.

그림. 콜로이드 양자점 광발전 장치

콜로이드 양자점은 저렴하고, 높은 효율을 가진 무기 태양전지의 광 흡수 구성요소로서 사용될 수 있다. 태양전지에서, 광발전 재료를 강타하는 고-에너지 광자는 재료의 밴드갭보다 더 높거나 적어도 동일한 에너지를 가진 여기된 전자 및 홀(전하 캐리어)을 만들 수 있다. 광발전 재료로서 콜로이드 양자점을 사용하는 또 다른 장점은 밴드갭이 나노입자의 크기를 간단하게 변화시킴으로써 높은 에너지 범위로 변화될 수 있다는 사실 덕분에 폭넓은 파장 스펙트럼으로 광을 흡수할 수 있다는 것이다.
그러나 곤란한 문제도 있다; 나노입자의 높은 표면적 대 부피비는 전자의 이동을 제한시키는 표면을 초래한다. 이것은 전자와 홀이 유용한 전류를 만들어내는 대신에 재결합되는 시간을 가진다는 것을 의미하는데, 이것은 콜로이드 양자점 박막으로 만들어진 장치의 효율을 필연적으로 감소시킨다.
토론토 대학의 Edward Sargent가 이끄는 연구팀은 이런 문제를 해결했다. 연구진은 콜로이드 양자점을 중합한 후에 즉시 염소 용액을 사용해서 모든 노출된 표면들을 완벽하게 덮음으로써 콜로이드 양자점 박막의 표면을 부동태화시키는데 성공했다. 연구진은 염소 원자들이 콜로이드 양자점 박막의 나쁜 표면 품질에 책임이 있는 모든 누크(nook)와 구멍을 관통할 수 있을 정도로 충분히 작기 때문에 이것을 사용했다.
그 후에 연구팀은 투명한 전도체로 덮여 있는 유리 기판 위에 콜로이드 양자점 용액을 떨어뜨렸다. 그 후에, 유기 연결자(linker)는 양자점을 서로 결합하는데 사용되었다. 이 프로세스의 최종 단계는 훨씬 더 많은 양의 태양광을 흡수하는 매우 밀집한 나노입자 박막을 만드는 것이다.
하이브리드 부동태 구조는 나쁜 콜로이드 양자점 박막 표면과 연관된 전자의 수를 감소시키기 위해서 염소 원자들을 이용하고, 동시에 유기 연결자에 의해 이 박막이 서로 연결되었기 때문에 밀집되고 높은 흡수력을 가진 박막을 보장한다.
전자 분광법 측정은 박막들이 거의 모두 전자 포집을 가지지 않는다는 것을 확인했다. 이번 연구진에 의해서 수행된 나노미터 이하의 해상도를 가진 싱크론트론 X-선 산란 측정은 이 박막이 매우 밀집한 나노입자를 포함한다는 것을 보여주었다.
오늘날에 시판되는 대부분의 태양전지는 무거운 결정질 재료로 만들어졌다. 그러나 이 연구는 양자점 콜로이드와 같은 가볍고 다재다예한 재료들이 기존의 재료와 경쟁할 수 있다는 것을 보여주었다. 또한 이 연구결과는 롤-투-롤(roll-to-roll) 제조를 사용해서 플렉서블 기판을 위한 저렴한 광발전 장치를 제조할 수 있는 방법을 제공했다.
연구팀은 심지어 더 높은 효율을 위해서 양자점 콜로이드 박막의 전자 트랩을 추가적으로 감소시킬 수 있는 방법을 조사하고 있다. 이것은 이런 하이브리드 부동태 구조에 사용될 수 있는 많은 유기 및 무기 재료가 있다는 것을 보여준다. 그래서 전자 트랩을 최소한도로 감소할 수 있는 방법을 발견하는 것은 매우 좋은 연구결과이다. 연구진은 심지어 더 넓은 범위의 광 파장을 흡수할 수 있는 다-접합 태양전지를 만들기 위한 서로 다른 크기의 양자점 층을 사용하는데 관심을 가지고 있다. 이 연구결과는 저널 Nature Nanotechnology에 “Hybrid passivated colloidal quantum dot solids”라는 제목으로 게재되었다. GTB

소형 태양전지판 대량 생산을 위한 노력
미국의 신생업체인 The Solar Pocket Factory사는 다양한 목적으로 사용될 수 있는 마이크로 태양전지판(Microsolar Panel)을 생산할 수 있는 장치를 개발하고 있다. 이들의 목표는 태양전지판을 자동화된 공정으로 생산할 수 있는 소규모 장치를 설계하는 것이다.
마이크로 태양전지판은 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어 스마트폰을 충전하거나, 노트북에 전원을 공급할 수 있으며, 다른 장치를 위한 배터리 팩에도 활용될 수 있다. 자동화 장치의 개발자들은 마이크로 태양전지판이 이러한 분야 외에도 더 많은 활용처를 찾고 있지만 우선적으로는 재생 가능 에너지 분야에 있어 일반 대중이 참여하는 획기적인 첫 번째 크라우드 소싱(Crowd-sourced, 일반 대중이 기업 제품개발이나 서비스 개선에 적극 참여하는 일)이 되기를 바라고 있다.

이번 제품의 개발자인 Shawn Frayne과 Alex Hornstein은 Solar Pocket Factory사를 위한 킥스타터(Kickstarter) 캠페인을 시작하였다. 이를 통해 장치의 생산성을 증가시키는 일뿐만 아니라 소규모 태양전지판의 성능을 개선하고, 경제성 제고를 위해 생산 비용을 낮추며, 고객 범위를 전세계 사용자로 확장하려 하고 있다. 이번 프로젝트가 시작되었을 때 개발자들은 마이크로 태양전지판 제조 공정에 필요한 비용 중 약 50%가 조립과정에서 발생한다는 것을 알게 되었다. 조립 과정은 모두 수작업을 통해 이루어져야 했고, 전지판의 상당수가 잘못된 납땜 작업으로 인해 결함이 있거나 폐기되어야 했다. 또한 저비용의 재료를 사용하였기 때문에 몇 년이 지나지 않아 문제가 발생할 가능성이 컸다. 태양전지판에 들어 있는 실리콘 셀은 보통 25년간 작동 가능하지만, 태양광의 UV로 인해 태양전지판을 덮고 있는 값싼 플라스틱이 분해되기 때문에 내구성에 문제가 있다는 것이다.
따라서 생산공정과 테스트를 자동화할 수 있다면 이들은 마이크로 태양전지판 제조에 필요한 비용 중 약 25%를 저감할 수 있다고 판단하였다. 이러한 자동화 공정이 도입된다면 잘못된 납땜으로 버려지는 다수의 태양전지판을 대폭 줄일 수 있을 것이다. 이 과정에서 얻어지는 비용적인 장점은 기존보다 우수한 품질의 소재를 사용하거나 태양전지판의 수명을 증가시키고, 전지판의 효율을 개선하는데 활용될 수 있다. 개발팀은 현존하는 태양전지판 대비 30% 훨씬 낮은 비용으로 마이크로 태양전지판을 생산할 수 있으며, 수명도 기존 대비 5배 개선할 수 있다고 주장하였다.
이번 프로젝트에 있어 또 다른 중요한 부분은 자동화 생산 장치를 3D 프린터와 유사하게 만드는 것이다. 이러한 과정을 통해 이 장치는 기존 설계에 제약을 주지 않으면서 제조공정을 확장할 수 있는 확장 가능 공정(Open-ended Process)을 가능케 한다. 연구팀은 사용자가 이미 보유하고 있는 휴대전화용 태양광 충전기나 다른 프로젝트에 맞게 제품을 생산할 수 있도록 설명서를 작성하였다. 개발팀은 “킥스타터 캠페인 참여에 대한 보답으로, 후원자는 지원 정도에 따라 솔라 포켓 킷(Solar Pocket Kit), 솔라 익스플로러 킷(Solar Explorer Kit), 휴대전화용 태양충전기 킷(Solar Cell Phone Charger Kit)을 받을 수 있다. 여기에는 태양발전시스템 구성을 위한 모든 재료들이 포함되어 있다”라고 말한다. 개발팀은 9월 14일까지 5만 달러의 자금을 모으기 위해 노력하고 있다. GTB

내년, 상용 생산 개시
색소증감형 태양전지
日本寫眞印刷는 2013년 초에 색소증감형 태양전지(DSC)의 상용 생산을 시작한다. 사방 12센티미터의 서브모듈 환산으로 월 생산 5000개를 상정. 투자액은 비공개. 생산 자회사인 나이테크 프레시젼 앤드 테크놀로지즈(兵庫縣 姬路市) 姬路공장에서 셀부터 모듈까지 일괄 제조한다. 차세대 태양전지인 DSC를 독립 전원으로 제품화할 예정. 마케팅을 통해서 판매량에 일정한 기준이 섰으므로 공급 체제를 정비한다.
DSC의 상용 생산은 일본 최초라고 볼 수 있다. 양산품인 광전변환효율은 셀에서 6.7%, 모듈화해도 5% 초과는 확보할 수 있을 전망. 내구성이 우수하여 실외에서 사용해도 10년 정도는 일정한 성능을 유지한 채 운용할 수 있다. 이 특성을 살려서 독립 전원(電源) 용도로 판매할 것을 상정하고 있다.
DSC는 다색, 시스루 등의 의장(意匠)표현이 풍부하며 구조가 심플하다는 것이 특징. 일본의 많은 메이커들이 개발하여 샘플 공급하고 있다. 재료가 싸며 조달이 쉽고 생산 프로세스도 자동화할 수 있기 때문에 저가의 태양전지로서 주목되어 왔다.
한편, 내구성이나 면적 당 발전량이 낮다는 점이 과제였다. 이러한 과제 해결을 위해 여러 방면에서 연구개발이 진행되고 있는데, 상업 베이스로 끼워 넣기는 어렵다는 지적도 있어 왔다. 일간공업