태양전지 메이커
수익이 견조(堅調)
“매입제도”로 수요 왕성
외국의 참여로 가격 하락도
태양전지 메이커의 수익이 견조하다. 해외 메이커의 연이은 참여로 인한 가격 하락으로 수익 악화가 예상되지만 재생가능 에너지의 전량 고정가격 매입제도에 의한 왕성한 수용으로 지지되고 있다. 2012년도, 교세라는 태양전지사업이 영업흑자로 전환. 三菱電機는 공장의 가동률 향상으로 흑자를 보였다. 파나소닉은 가격하락의 영향으로 수익 감소의 가능성이 있었지만 흑자를 확보했다. 교세라의 태양전지사업은 2012년도 상반기(4-9월)에 영업 흑자로 전환되었다. 메가솔라(대규모 태양광 발전소)등 매전을 목적으로 한 산업용도에 대한 판매확대가 공헌했다. 2012년도 하반기(10월-2013년 3월)에 매상 계상되는 산업용도의 안건도 많아서 전체적으로 흑자가 될 전망이다.
三菱電機도 매입제도의 은혜를 받아서 흑자를 낼 전망. 2012년도의 일본 내 출하량은 전년도 대비 2배로 증가하였고, 그 가운데 산업용도가 동 5배 이상으로 늘었다. 현재 연 생산 능력 27만 킬로와트 규모의 생산설비가 풀가동 상태. 해외까지 포함한 2012년도 판매량은 전년도 실적인 19만 킬로와트를 크게 웃돈다. 2011년도의 수익은 공표하지 않았지만, 이익은 향상했을 전망.
파나소닉도 동 60만 킬로와트의 생산 설비가 풀가동. 이 회사의 태양전지 사업은 2011년도도 흑자였다. 2012년도는 패널 가격 하락의 영향을 받았지만 흑자를 확보하였다.
유일하게 태양전지사업 실적을 공표한 샤프는 2012년도의 매상고는 동 2.7% 증가한 2300억 엔이지만, 영업 손익은 적자. 해외시장의 축소로 고전하고 있다. 하반기에는 일본 내에서 제품 수의 확충과 메가솔라에 대한 영업을 강화하여 수익 개선을 꾀했다.
태양광발전협회(東京都 港區)에 따르면 2012년도 3/4분기(7-9월)의 태양전지의 총출하량은 전년 동기 대비 10.5% 증가. 수입품의 비율은 32.3%까지 상승하여 처음으로 30%를 돌파. 수요 확대의 순풍이 있는 한편, 패널 가격은 낮아지고 있다. 일본 내 메이커에는 수익을 확보할 수 있는 체질 만들기가 요구된다. 일간공업

스프레이 페인트로 저가 태양전지 실현
스프레이 페인팅 공정으로 제작된 태양전지들은 일반적인 실리콘 기반 전지들을 가격 효율적으로 대체할 수 있으며, 개발도상국가들에게 유용한 광전 기술을 만들도록 해줄 것이다.
영국의 Sheffield 대학과 Cambridge 대학의 연구원들은 페인트통에서 일반적인 페인트를 뿌리는 것과 비슷한 공기 기반 공정을 이용하여 광전 액티브 층을 스프레이 코팅하는 방법을 개발하기 위해 협력했다. 이런 저가 기술은 대량 생산에 사용될 수 있으며, 향후 빌딩의 유리나 자동차 지붕에 사용될 수 있을 것이다.
스프레이 코팅은 현재 자동차의 페인팅이나 그래픽 프린팅에 사용된다고 Sheffield 대학 David Lidzey 교수가 말했다. 연구원들은 이 기술이 특별히 디자인된 플라스틱 반도체를 이용하여 어떻게 태양전지를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 연구원들은 향후, 빌딩 표면이나 자동차 지붕에 이 물질들을 가지고 전기를 일상적으로 발전시킬 수 있을 것으로 믿고 있다.
대부분의 태양전지들은 비록 플라스틱이 만들어지는데 훨씬 덜 요구되는 것과는 반대로 많은 내재된 에너지양을 포함한 실리콘과 같은 물질과 에너지 집약적인 장비를 이용해 제조된다.
연구원들의 목표는 태양 전지를 만드는데 필요한 에너지와 돈을 줄이는 것이라고 Lidzey가 말했다. 이는 낮은 내재된 에너지를 가진 태양전지 물질들이 필요하고 효율적이고 신뢰할 수 있으며 에너지 소모가 적은 제조 공정들을 필요로 한다는 의미이다.
공기 중에서 플라스틱 층을 스프레이 코팅하여, 연구팀은 태양 전지를 만드는데 드는 전체 에너지를 매우 감소시키기를 기대하고 있다. 비록 현재의 소재들이 평면 상에 코팅되지만, 과학자들은 이 방법이 곡선을 이룬 표면에도 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 하지만, 주된 문제는 이런 표면들이 매우 매끈해야 한다는

것이다.

그림. 태양 전지를 만들기 위해 폴리머를 가지고 유리를 스프레이 코팅하는 Sheffield 대학 기술을 묘사한 그림.

연구원들은 이 스프레이 코팅된 태양전지의 성능이 제조하는데 있어 대형화가 거의 불가능한 일반적인 연구 방법들로 만들어진 전지들과 비슷하다는 것을 알아냈다.
태양전지 물질들로 플라스틱을 이용하는데 있어 문제점은 이 플라스틱 물질이 실리콘 전지만큼 전기를 생산하는데 효율적이지 않다는데 있다. 태양 패널들의 대다수는 실리콘으로 만들어지고 25년 이상의 수명을 가지고 있다. 이는 플라스틱 전지들이 어느 정도 안정성을 높일 수는 있겠지만, 만약 이런 전지들을 제조하는데 드는 에너지 소모량을 충분히 낮출 수 있다면, 플라스틱 전지들은 그들의 수명 주기 동안 실리콘 전지에 비해 더 가격 효율적이 될 것이다.
플라스틱 전지의 에너지 전환 효율과 수명을 늘리는 것은 많은 연구그룹들이 지금까지 연구해 온 중요한 문제이다. 또한, 실리콘 태양 패널들의 가격이 지난 수 년 동안 급격히 낮아져 왔고 그래서 플라스틱 태양 전지들은 성능 향상을 꾸준히 이루어야만 실리콘의 성능 및 가격 경쟁력을 바짝 뒤쫓을 수 있을 것이다. GTB
변전소에 대형 축전지
태양・풍력을 효율적으로 운용
北海道電力과 東北電力은 2013년도부터 변전소에서 태형 축전지 실증 사업을 시작한다. 전국에서 태양광이나 풍력 발전 등 재생가능 에너지 도입이 진행되고 있는 데에 따라 전력 계통의 안정화와 에너지의 효율적 운용을 양립할 수 있는 변전소에서 축전지 제어수법 등을 확립했다. 변전소에 대형 축전지를 설치하는 것은 일본 최초라고 볼 수 있다. 도입 비용은 經濟産業省이 조성할 방침이다.
北海道電力과 東北電力은 기간계통의 변전소에 약 2만 킬로와트의 대형 축전지를 각각 설치할 계획 2013년도부터 2년 정도에 걸쳐 설치를 완료하고, 그 후 3-5년에 걸쳐 실증을 실시한다.
축전지의 종류는 나트륨・유황(NAS)전지 등을 상정한다. 변전소에 태형 축전지를 본격 도입하는 데에 필요한 제도・관리기술을 검증하는 것이 주된 목적이다
작년 7월에 전량 매입 제도 개시에 따라 재생 에너지 도입이 가속화되는 가운데, 계통 안정화가 과제이다. 태양광이나 풍력발전소에서 생산되는 전력은 주파수의 조정이 필요한 이외에 일사량이나 풍량에 따라 출력 변동도 있기 때문에 버퍼로서 축전지의 중요성이 높아지고 있다. 출력 변동이 큰 태양광 발전소 등에서 계통으로의 도입을 제한하는 연계(連繫)가능량은 비교적 낮지만, 관(管) 내에서 재생 에너지 정비 계획이 늘어나고 있는 두 회사에게 실증 사업의 의의는 크다.
지금까지는 대형축전지가 고액인 점도 있어 발전소 측에는 소규모 도입이 많았다. 經産省이 지원함으로써 가격의 문제를 해소. 변전소에 집중 설치함으로써 일정 지역의 전력 수급을 종합하여 효율적으로 관리할 수 있다는 것이 이점이다. 또 발전소에서는 변동하는 출력도 한 곳으로 모을 수 있으므로 그 변동 폭을 전체적으로 줄일 수 있다고 한다.
지금까지 關西電力이 2011년부터 관 내의 변전소에 니켈 수소 전지를 도입하는 등 연구 실적은 있지만, 설치할 축전지는 소규모에 그쳤다.
이번 축전지 대량 도입은 일본 내 전지산업에 좋은 영향을 줄 것으로 기대된다. 東日本大震災 이후 사무실이나 가정에서 축전지 수요가 확대되고 있지만, 고액이므로 보급은 좀처럼 이루어지지 않고 있다. 전력 회사에 의한 대량 도입으로 전지 메이커의 양산 효과가 높아지면 상품의 저가격화가 시장을 활성화시킬 가능성이 있다. 일간공업

박막 실리콘 태양전지로 효율성의 새로운 세계 신기록 달성
스위스 로잔공과대학(EPFL`s Institute of Microengineering)의 연구진은 최근 단일 접합 마이크로 결정 실리콘 태양전지를 개발하였으며, 그 효율성은 무려 10.7%에 달한다고 보고했다. 이번 연구결과는 기존의 일본 Kaneka Corporation가 1998년 이래로 계속 유지하고 있는 10.1%의 기록을 넘어서는 것이다. 연구진은 이번에 두께 2마이크로미터 이하의 박막 실리콘 광전지 물질을 개발하는데 성공했다. 이번 연구결과는 독일 프라운호퍼 태양에너지 연구소(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)에서 인증절차를 마쳤다.
1984년 Arvind Shah 교수에 의해 설립 IMT의 광전지연구소(Photovoltaics-Laboratory)는 지금까지 박막 실리콘 태양전지 개발 분야에 있어서 많은 연구실적을 발표했으며 세계적으로 많은 주목을 받고 있다. 현재는 Christophe Ballif 교수가 연구진을 이끌고 있으며 박막 실리콘 태양광소자로 마이크로결정 실리콘에 사용되는 되는 전구체나 태양전지 개발에 있어서 선구자적인 위치를 차지하고 있다. 이번에 Fanny Meillaud 박사와 Matthieu Despeisse 박사는 공동으로 단일접합 마이크로결정 실리콘 태양전지를 개발하여 그 효율성이 10.7%라는 새로운 세계 신기록을 수립하였다. 이러한 기록은 독일 프라이부르크에 위치한 프라운호퍼 태양에너지연구소(ISE CalLab PV Cells)에서 공식적으로 인증 받았다.

그림. 2마이크로 미터의 두께의 실리콘으로 만들어진 태양광 전지 모듈이 10.7%라는 효율성 신기록을 수립했다.

“마이크로 결정 실리콘의 물성에 대한 심도 있는 연구가 지난 수년간 진행되었으며, 이러한 연구를 기반으로 태양전지를 설계하여 태양광을 포집하고, 전기에너지로 변화하는 효율성 측면에서 놀라운 기록을 수립하게 된 것”이라고 연구진은 밝혔다. 이번 연구의 또 다른 성과 중의 하나는 이번 공정 프로세서를 확장모듈에도 적용할 수 있다는 것이다. 기존의 180마이크로미터 두께 모듈의 일반적인 웨이퍼 실리콘 광전지의 전환 효율성은 약 15%~20% 정도 수준이다. 이번 기술은 종래 웨이퍼의 100분의 1두께와 모듈 제조 고정 온도가 200°C의 비교적 저온에서 가능하다는 놀라운 장점을 가지고 있다. 박막 실리콘 태양전지 기술은 태양광전지 소재의 사용량을 획기적으로 줄이는 동시에 에너지 변환 시간을 줄이는 데에도 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 이를 기반으로 모듈 제작 비용을 제곱미터당 35유로 이하로 줄일 수 있어 이번 기술이 태양광 산업에 큰 활력을 불어넣을 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다고 밝혔다.
이번에 발표된 공정은 박막 실리콘 태양전지 소자의 효율성의 향상에 큰 기여를 할 것이다. 또한 마이크로 결정 실리콘과 비정질 실리콘의 다중접합을 통해서 태양 스펙트럼을 폭넓게 사용할 수 있는 새로운 가능성을 제시하고 있다. 새롭게 수립된 효율성 기록은 박막 실리콘 다중 접합 소자의 효율성을 13.5% 이상 확장할 수 있다는 잠재적인 가능성을 보여준다. 이러한 다중 접합 기술을 이용하면 수 마이크로미터의 두께의 아연이나 실리콘과 박막 유리로 태양광 모듈 제작이 가능해진다. 이는 태양광 모듈 제작에서 그 재료의 사용량을 최소한으로 줄여 제조비용을 줄이는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 이 연구는 스위스연방 에너지국(Swiss Federal Office of Energy), EU-FP7 프로그램, 스위스연방 과학재단의 재정적 지원으로 수행되었다. GTB
티타니아층
잉크젯으로 제막
東海大 태양전지 변환효율 향상
東海大學 공학부의 梅津信二郞 강사 등 연구팀은 색소증감 태양전지의 주요 구성부재인 티타니아층을 잉크젯 기술로 제막하는 방법을 개발했다. 0.1마이크로미터 오더로 막후를 조정할 수 있다. 색소증감 태양전지의 변환효율을 높일 수 있을 가능성이 있다. 잉크젯 방식은 압전체나 열에 의해 잉크 재료를 압출하는 방법이 주류인데, 이번에 정전기를 사용하여 재료를 끌어내는 방법을 티타니아 제막에 운용했다. 이 기술로 제막한 티타니아층으로 태양전지를 시작한 결과, 종래의 「닥터블레이드방식」으로 만든 티타니아층 태양전지보다 변환효율이 높아졌다.
현재 티타니아층을 만드는 방법은 눌러서 펴도록 제막하는 「닥터블레이드방식」이 주류인데, 막후를 조정할 수 없다는 것이 과제. 막후를 제어하기 쉬운 잉크젯 방식이 기대를 모으고 있다. 그러나 잉크젯 방식을 점성이 높은 티타니아에 운용하려면 점성을 낮추기 위해 용제를 섞을 필요가 있고, 그 용제가 태양전지의 효율 향상에 방해가 된다. 일간공업

유기박막 태양전지
三菱케미컬홀딩스, 빌딩 유리창 발전
종합건설회사 또는 주택용 샘플 출하
三菱케미컬홀딩스는 2013년 봄에 빌딩의 창문을 사용한 발전을 가능하게 하는 유기박막 태양전지를 주택 메이커와 종합건설회사에 샘플 출하한다. 필름에 유기화합물을 발라서 제조하는 이 전지는 두께가 1밀리미터 이하로 얇고 가볍다는 것이 특징. 주택 메이커가 블라인드나 롤커튼에 가공하면 종래의 태양전지 패널에서는 불가능했던 빌딩 창문의 발전이 가능하게 된다. 업무용 빌딩의 전기요금을 절감할 수 있는 블라인드 원료로 2015년도의 본격 출하를 목표로 한다.
三菱化學의 水島사업소(岡山縣 倉敷市)에 건설한 양산 실험용 공장(파일로트 플랜트)에서 출하한다. 三菱化學은 사방 5밀리미터의 시작품으로 빛을 전기로 바꾸는 에너지 변환 효율이 11.7%의 유기박막 태양전지를 개발했다. 대형 모듈인 샘플 제품은 동 약 5%. 2015년도까지 대형 모듈에서 동 7% 이상을 지향한다. 10년 이상 사용할 수 있다.
현재 주류인 결정 실리콘형 태양전지 패널의 15-20%에 비해 변환효율은 낮지만 일사각도에 따라서 자동적으로 각도를 바꿀 수 있는 블라인드 등에 가공하여 빌딩의 창문에 설치할 수 있게 된다. 20층짜리 빌딩의 동, 서, 남쪽 창문에 설치하면 옥상에만 태양전지 패널을 설치하는 종래형에 비해 10배 이상의 발전이 가능하다고 한다. 이로써 상업용 빌딩의 낮의 최대 소비전력량을 억제하여 전기료의 절감으로 이어갈 수 있다고 한다. 일본정부는 2015년도부터 2000평방미터 이상의 대규모 건축물에 에너지 절약 기준을 적용시키는 것을 의무화할 방침을 세우고 있어 유기박막 태양전지의 상품화를 위한 순풍이 될 듯하다.
이밖에 三菱化學은 자동차의 본넷이나 지붕, 문 등에서 발전할 수 있는 유기박막 태양전지의 채용도 도모한다. 전기자동차에 탑재할 리튬이온 2차 전지를 소형화・경량화하여 연비를 개선할 수 있는 소재로 주목되고 있다. 일간공업

유기박막 태양전지
전자・홀 수명 평가
東工大 등 전계가시화 장치
東京工業大學과 프레사이스케이지(靜岡縣 浜松市, 사장 小石結)의 연구팀은 유기박막 태양전지에서 발생하는 전계를 가시화할 수 있는 장치를 개발했다. 가시화로 전자와 홀의 수명을 평가할 수 있다고 한다. 유기박막 태양전지는 저가에 만들 수 있는 차세대 태양전지로 실용화 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 연구개발의 효율화와 생산기술의 개선으로 이어질 가능성이 있다.
실리콘계 태양전지용 전자와 홀의 수명 평가 장치는 실용화되어 있으나 유기박막 태양전지용의 경우는 이번이 처음이라고 한다.
레이저를 쏘아서 샘플의 분극을 검출하는 「광(光) 제2차 고주파 발생법」을 이용한다. 분해능은 2마이크로미터.
유기박막 태양전지는 낮은 변환효율과 수명 특성이 과제가 되고 있다. 개발한 수법은 고효율화를 위한 재료 선택과 구조 평가 이외에 열화의 해명, 프로세스의 최적화 등에 도움이 될 가능성이 있다.
실험 레벨의 작은 샘플에서는 원리를 확인할 수 있었다. 앞으로는 실용적인 대면적 샘플에 적용시키는 것이 과제가 된다. 유기박막 태양전지와 디바이스 구조가 비슷한 유기 일렉트로 루미네센스(EL)등에 대한 응용도 가능하다. 일간공업

교세라
주택용 파워컨디셔너 개발
태양광 발전 주변기기 확충
교세라는 주택용 태양광 발전 시스템용 파워컨디셔너(전력조정장치)를 개발했다. 니치콘에 생산을 위탁하여 올 봄에 판매를 시작한다. 기술개발과 설계, 부재 조달을 자사에서 함으로써 노하우의 축적과 원가 절감을 추구한다. 전지 모듈의 가격 하락이 계속되는 가운데, 주변기기를 자비로 해결함으로써 시스템 전체의 수익 향상을 도모한다.
양산 시작기는 최대 출력은 4.5킬로와트, 변환효율은 95% 정도를 목표로 한다. 승압과 접속 상자의 기능을 가진 멀티스트링 기능을 내장. 단독 운전 방지기능을 탑재하여 주택 지역 등 국소적인 발전 시스템의 다수 대 연결할 경우에도 대응한다.
지금까지 파워컨디셔너는 오므론의 ODM(상대 브랜드로 설계 생산하는 방식)이나 제품 조달 등으로 대응해 왔다. 니치콘과는 가정용 축전 시스템으로 협력하고 있으며, 이 시스템도 마찬가지로 니치콘와카사(福井縣 小浜市)에서 생산한다.
태양전지 모듈은 해외 메이커의 공세로 가격 하락이 이어지고 있다. 한편, 파워컨디셔너는 전력회사와의 연계 협의가 있어 해외 세력의 참여는 이루어지지 않아 가격도 많이 내려가지 않은 상황. 주택용 시스템 도입 비용에서 전지가 차지하는 비율은 매년 저하하고 있다.
교세라는 태양전지 발전 시스템에서 일본 내 2위로 추정된다. 2011년 가을 이후 전지 가격의 하락과 유럽 시장의 혼미로 이 사업은 적자로 전락. 산업용 시장의 활성화 등으로 작년도에 흑자를 회복했으나 수익력 강화가 과제가 되고 있다. 따라서 축전 시스템과 파워컨디셔너 등 주변기기를 확충해 나간다. 연료전지와 축전지에 공통되는 파워컨디셔너 개발도 시야에 두고 있다. 부가가치가 높은 가정용 에너지 관리 시스템(HEMS)으로 경쟁력 강화로 이어나간다. 일간공업