태양광 발전 사업에 참여
유스풀퍼슨 독일제품의 판매권 취득
유스플퍼슨(岐阜縣 大垣市, 사장 細野裕子)는 태양광발전 패널의 판매와 이 패널을 사용한 매전(賣電)사업을 시작했다. 주력인 자사제 발광다이오드(LED)조명과 조합시켜서 제안한다.
태양광발전 패널은 독일의 로버트보쉬 그룹의 독일 아르솔 솔라 에너지 제품. 에르솔의 말레이시아 판매 대리점을 통해서 일본에서의 판매권을 취득했다. 우선 2013년 1/4분기까지 매전 용량으로 6000킬로와트 분을 상한으로 패널의 공급을 받는다. 유럽에서의 판매실적이나 타사 제품보다 저렴하다는 점을 강조하여 판매를 확대한다.
매전 사업에서는 토지나 건물의 옥상을 임차하여 유스플퍼슨이 태양광 발전 시스템을 설치한다. 현재 岐阜縣 내외의 몇 군데를 후보지로 하여 토지의 임차를 교섭 중. 아울러 지주에게는 세금절약의 관점에서 지대(地代) 수입으로 조명을 LED로 교체할 것도 제안한다. 이 회사는 LED조명의 개발 . 판매를 핵으로 2014년 1/4분기 매상고는 6억 엔. 올 1/4분기 이후의 매전 가격이 불투명하므로 태양광 패널과 매전 사업에서의 매상 목표는 설정하지 않고 있다. 일간공업

그래핀 뜨거운 (hot) 전하 태양 전지
광전소자(PV)에서 그래핀의 잠재적 응용들은 지금까지 거의 제한적이었다. 이에 반하여 양자점, 나노와이어 및 탄소 나노튜브 등 나노물질들은 PV의 태양 수집 전지에서 대체 물질들로 사용될 수 있다고 알려졌다. 하지만 놀랍게도, 최근의 한 연구에서 유기 태양 전지를 위한 전극으로 사용되는 인듐 주석 산화물 (ITO)의 대체 물질로 그래핀이 사용될 수 있다는 사실이 발견되었다.
매사추세츠 공대, 독일 폴리머 연구를 위한 막스 플랑크 연구소, 스페인 도노스티아-산세바스티안 Graphenea S.L.과 협력하여 바르셀로나, 스페인 기반 포토닉 광학 연구소 (ICFO)의 연구원들은 PV 전지의 전환과 전도층에 그래핀을 이용하는 초기 단계들을 개발했다.
현재까지, 연구원들은 PV에서 소위 뜨거운 전하 전지를 개발하거나, 전자 다중화를 발생시키는 양자점에 대하여 연구해 왔다. 최근의 연구에서 국제 연구팀은 그래핀이 이 뜨거운 전하 전지의 개발에 사용될 수 있다고 보고했다. 이 연구가 몇 가지 의심적인 면을 가지고 있지만, 거의 십년간 꾸준히 시도되어왔다. 최근의 연구에서 국제 연구팀은 그래핀이 이 뜨거운 전하 전지를 개발하기 위해 이용될 수 있다는 것을 선보였다.
대부분의 물질들에서, 흡수된 하나의 광자는 하나의 전자를 발생시키지만, 그래핀의 경우, 흡수된 하나의 광자는 많은 여기된 전자들을 발생시킬 수 있고, 이로 인해 전기적인 신호가 더 커질 수 있다는 것을 발견했다고 ICFO의 연구그룹 리더인 Frank Kppens가 설명했다.
그들의 실험에서, 연구원들은 다른 에너지들을 가지고 있는 광자들을 그래핀에 노출시켜 그래핀을 여기시켰다. 이후, 연구원들은 테라헤르츠 펄스로 나타난 뜨거운 전자 분포를 측정하고 높은 광자 에너지들(자외선)이 낮은 광자 에너지(적외선)보다 더 많은 수의 뜨거운 전자들을 일으킨다는 것을 측정했다.
광자 에너지와 발생된 여기 전자들의 수 사이의 측정된 연관성은 그래핀이 광을 매우 높은 효율로 전기로 전환시킨다는 것을 보였다고 ICFO에서 Koppen의 연구그룹 연구원인 Klaas-Jan Tielrooij가 말했다. 그는 비록 그래핀이 광에서 전기 전환에 대한 가능성을 가진다고 이미 예측되었지만, 이 결과는 그래핀이 지금까지 기대했던 것보다 훨씬 더 적합하다는 것을 보여주었다고 덧붙였다.
PV에서 그래핀이 가지는 문제는 낮은 흡수이다. 그러나, 연구원들은 그래핀이 높은 에너지 전환을 가지기 때문에 이런 문제도 쉽게 해결될 것이라고 기대하고 있다.
Koppens는 현재 연구원들은 일단 이 물질이 흡수된 광을 가지면 에너지 전환 효율은 매우 높다고 말했다. 연구원들의 다음 목표는 전류를 추출하는 방법들을 찾고 그래핀의 흡수를 개선하는 것이며, 광을 더 효율적으로 감지하고 더 효율적인 태양전지를 개발할 수 있는 그래핀 소자를 디자인하는 것이다. GTB

그림. 그래핀을 이용한 뜨거운 전하 전지의 가상 이미지

독일, 태양광 발전기술의 동향 보고서
2012년 하반기는 독일 태양광 발전산업에 있어 매우 중요한 포인트(point)로 판명되었다. 글로벌 태양광 발전기술 최대 수요자로서 기능하고 있는 중국의 성장으로 인해 독일은 중국과 협력을 하지 않으면 안되는 상황에 처해 있다. 그 결과, 업스트림(upstream) 공급 측면의 리더(leader)로서 독일을 포지션(position)시키기 위한 활동을 하게 만들었다. 이는 독일을 비롯한 유럽의 태양광 발전시장의 판도를 바꿀 수 있는 중요한 계기가 되는 사건이다.
중국은 몇 년 동안 태양광 발전소 구성부품의 주도적인 생산국가가 되어 왔다. 중국은 생산용량을 급속도로 확대하고 규모의 경제를 달성하고 있는 내수 제조업체들을 보유하고 있으며, 지역(일자리 창출을 목적으로 수행) 및 국가(주요산업 분야를 지원) 수준에서 정부지원에 의해 도움을 받는 소규모 기업은 존재하지 않는다.
한편 독일의 경우, 과거 몇 년 동안 생산기반이 점점 저하되는 것으로 관측되었으며, 그러는 동안 전세계에서 단일 국가로는 가장 거대한 최종제품시장으로 남아있게 되었다. 하지만, 이것은 중국이 이를 통과시킨 2012년 말에 변화되었다. NPD Solarbuzz Marketbuzz 연구보고서에 따르면, 이러한 트렌드(trend)는 수년 동안 지속될 준비를 하고 있다.
거대한 다운스트림(downstream) 담당국가로서 떠오르고 있는 중국은 유럽 무역거래 검사에 의해 발생된 산업 내 불확실성과 겹치어 박차를 가하게 되었다. 만일 이러한 무역분쟁이 중국산 태양광 발전설비 제품 거래에 제한을 가하게 된다면, 중국 및 중국외 국가 기반의 공급/수요 환경에서 태양광 발전산업 내 심각한 분기를 유발하게 될 것이다. 유럽과의 파트너십(partnership)/인수를 추구하는 능력이 부족한 중국의 제조업체들은 완벽하게 내수지향적이 될 것이다. 그 결과, 그들의 노력 전부를 그들 자신의 최종제품 시장에서의 프로젝트에 초점을 맞추고 이를 유지하려는데 투입하게 될 것이다.
태양광 발전설비 수요의 분기는 글로벌 공급망의 균형을 잡고자 노력하는 기업들에게는 어려움을 가져다 줄 수 있을 것이다. 뿐만 아니라, 이는 중국/중국 외 기반 산업으로 분열을 가속화시킬 것이 분명하다. 이미 몇몇 중국 소재 제조업체들은 Y/Y 선적을 촉진하기 위해 지역 최종제품시장 성장을 개발하여왔다. 그리고 그들의 글로벌 시장점유율 증가를 도모하고 있다. 만일 이러한 트렌드가 2013년에도 지속된다면, 중국이 내수 공급이라는 측면에서 가장 거대한 시장이 될 것이라는 것은 분명하다.
불행하게도 ‘우리가 과거 경험으로부터 알게 된 것처럼’ 어떤 하나의 시장에 관한 높은(과잉) 의존도는 태양광 발전설비 제조업체들에게 충분히 고려할만한 위험을 유발하게 된다. 유럽 태양광 발전설비 제조의 상승과 하락은 독일이나 이탈리아에서만 최종제품 시장 성장을 경험하게 되었다는 자세를 고수하게 만들었다.
전반적인 산업 안정화와 관련된 시각의 개발은 중국이 향후 12~18개월 동안 자신들의 태양광 발전설비 수요 목표를 충족시키기 위해 내수 공급을 어떻게 공급하느냐와 관련이 있다. 이와 관련된 이슈는 Tier 1 중국 소재 제조업체들이 앞으로 나아가게 되는 강력한 글로벌 파이프라인(pipeline) 개발 기회를 유지하기 위해 중국 외의 상황을 어떻게 채택하는 것과 관련이 있다. GTB

그림. 중국 대 독일 2012년 3분기에서 2013년 4분기의 글로벌 생산 및 수요

지상설치형으로 고강도
태양광모듈 가대(架臺) 발매
日本太陽光시스템(大阪市 中央區, 사장 小久保和則)은 지상설치형 태양광 모듈 가대 「솔라스탠드」를 발매했다. 가대의 주요 부분은 고강도의 플레캐스트 콘크리트 제품으로 내구성이 높다. 지면에 놓기만 하면 되면 간단한 시공이 특징. 가격은 1대에 5만 엔 정도. 메가솔라 사업자용으로 연 5만 대의 판매를 목표로 한다. 동시에 모듈을 태풍 등으로부터 부호하는 폭풍대책방풍벽 「윈드가드」(가격은 약 5만 엔)을 발매했다. 「솔라스탠드」1대에 모듈 4장(합계 약 1킬로와트)를 설치한다. 무게 920킬로그램으로 매초 45미터의 풍속을 견딜 수 있다. 놓기만 하면 되고 지반을 파지 않기 때문에 공기는 짧고 가격도 저렴. 산업폐기물의 매립지나 암반 등 굴착 시공이 어려운 용지에서도 시공할 수 있다.
또 「솔라스탠드」와 「위드가드」는 분해하여 운반해서 현장에서 조립이 가능. 무수축 몰탈 재료를 주입하여 결합한다. 결합부는 「랙기어 구조」로 강도를 높였다.
일본 태양광 시스템은 발전사업의 컨설턴트 회사. 朝日가스(愛媛縣 新居浜市)가 건설하는 東条湖의 솔라발전 시스템을 일괄 수주하여 가대 930대에 「솔라스탠드」가 선행 채용되었다. 일간공업

강유전체 태양전지
대전력 발전 가능성
분극 구조의 형태 등 열쇠
자발적인 전기분극을 가진 강유전체. IC카드의 불휘발성 메모리와 프린터의 잉크젯 헤드로 용도가 넓어지고 있는 가운데, 태양전지로서 응용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 「강유전체 태양전지」는 높은 고압을 발휘하여 종래의 태양전지보다 높은 변환효율을 실현할 수 있을 가능성이 있다고 한다.
태양전지의 변환효율을 결정짓는 중요한 인자로 빛이 닿았을 때에 발생하는 전압이 있다. 실리콘 등 반도체를 이용한 통상의 태양전지의 경우는 1소자 당 1볼트 정도의 전압밖에 발생하지 않는다. 강유전체 태양전지는 원리적으로는 수백 볼트를 발생시킬 수 있다. 이론적인 변환효율이 어느 정도의 수준이 되는가에 대한 연구 보고는 아직 없다. 그러나 강유전체 태양전지를 연구하고 있는 東京大學의 野口祐二 준교수는 「종래의 태양전지는 뛰어넘는 변환효율을 실현할 수 있을 가능성이 있다」고 지적한다.
반도체를 이용한 종래의 태양전지에는 p형과 n형의 반도체를 접합했을 때 생기는 공핍층(空乏層)에서 발전한다. 이에 대해 강유전체 태양전지는 분극의 방향이 일정한 영역(도메인)의 경계 「도메인 벽」에서 발전한다.
세계 최초로 강유전체 태양전지의 가능성을 연 것은 미국 로렌스 버클리 국립연구소의 연구팀이다. 강유전체 재료의 일종인 비스마스 페라이트를 사용하여 분극의 방향이 다른 도메인을 줄무늬 모양으로 규칙적으로 배열한 박막을 만들어 빛을 쏘자 큰 전압을 발휘한다는 것을 2010년에 발견했다.
도메인 벽의 수가 많을수록 얻어지는 전압이 커진다. 도메인에서 이웃 도메인으로 전자 버킷이 건네지고 그때 전압이 커져 나가는 구조이다.
그러나 아직 기초연구 단계로 실용화를 위한 과제는 많다. 태양전지의 변환효율은 전압 이외에 전류에 의해서도 좌우된다. 강유전체 태양전지의 전류는 적어 도메인의 저항을 낮출 필요가 있다.
또 도메인 벽의 두께는 2나노미터 이하로 종래의 태양전지의 공핍층보다 훨씬 얇은 구조가 요구된다. 도메인의 형상이나 사이즈를 제어하는 기술도 불가결하다.
野口 준교수는 대표적인 강유전체의 일종인 티탄산바륨에 망간을 첨가함으로써 도메인 구조의 사이즈를 제어하는 데 성공했다. 앞으로는 「도메인 구조와 전류 전압 특성의 관계를 조사하여 재료 설계의 지침을 확립하고자 한다」고 말한다. 강유전체 태양전지의 실현에는 아직 시간이 걸릴 듯하다. 그래도 종래의 태양전지의 변환효율이 높아지지 않아 고민하는 가운데, 새로운 메커니즘의 태양전지 연구 동향이 주목을 끌 것 같다. 일간공업

태양광 발전 + 축전지 최적 제어
피크 전력 24% 저감
수급 추이 1만 가지 계산
충방전 낭비 없이
富士通은 태양광 발전과 연동할 축전지의 운용을 최적 제어하는 기술을 개발했다. 상정된 전력수급의 추이를 1만 가지 이상 계산하여 태양광 발전을 통한 전력을 낭비 없이 사용할 수 있도록 축전지의 충방전을 결정한다. 2012년에 川崎공장(川崎市 中原區)에서 실증실험을 한 결과, 피크 전력을 평균 24% 억제할 수 있는 효과를 확인할 수 있었다. 태양광 발전을 전원의 하나로 한 마이크로 그리드(분산형 소규모 에너지망)의 제어 기술로 실용화할 계획이다.
川崎공장 내에 발전 용량 45킬로와트의 태양광 발전 시스템과 충전 용량 80킬로와트시(時)의 납축전지를 도입하고, 상업전력도 사용하면서 빌딩 한 층 분량의 조명과 OA기기의 전력을 조달하는 실험을 했다. 기간은 2012년 5-9월. 태양광의 출력이 낮아지면 축전지에서 방전되어 전력을 공급. 일사량이 많아 출력이 늘어나면 다 쓰지 않은 잉여전력을 축전지에 충전한다. 방전과 충전은 컴퓨터로 계산한 운전 계획으로 정한다.
컴퓨터에서는 우선 기상예보에서 1만 가지 이상의 공급 추이를 시뮬레이션하여 축전지의 운전계획을 몇 가지나 작성한다. 그 운전계획에서 최적의 계획을 선택하여 운용을 개시. 그 후도 일사량과 축전지의 잔량을 살피면서 운전 계획을 다시 선택한다. 실험에서는 1시간 마다 계획을 수정하여 피크 전력을 절감할 수 있었다.
운전계획에서는 축전지의 충전 잔량이 하나의 포인트. 완전 충전으로 운용을 시작하면 잉여전력을 방전할 수 없게 된다. 반대로 잔량이 적으면 태양광의 출력 저하 시에 방전으로 조달할 수 있는 전력이 줄어든다. 실증에서는 예측에 기초한 충방전으로 변동에 대응할 수 있다는 것을 알았다.
태양광이 대량 도입되면 잉여전력이 계통에 흐르는 역조류가 대규모로 발생하여 전력 공급이 불안정해진다. 개발한 제어 기술은 축전지에서 잉여전력을 흡수할 수 있기 때문에 태양광 발전을 사용한 마이크로 그리드의 보급에 도움이 된다. 일간공업

태양전지의 효율 측정
셀 평가 시스템 투입
共進電機, 새 에너지로 조준
共進電機(京都市 下京區, 사장 小島久嗣)은 태양전지 셀의 광전 변환효율을 측정하는 셀 특성 평가 시스템을 완성했다. 검사 장치로 기른 아날로그 계측과 전원제어기술을 새 에너지와 관련시켜 살려서 업적 회복으로 이어간다. 올 봄에라도 사업부를 설립하여 2015년에 이 분야에서 매상고 5억 엔을 지향한다.
완성한 특성평가 시스템은 조도 안정률 0.2%로 높은 빛의 조사 정도(精度)를 자랑한다. 産業技術總合硏究所와 공동으로 작업 효율을 높일 수 있는 시료대도 개발. 현재, 연구개발 용도로 복수의 전지 메이커로부터 실기(實機) 평가를 받고 있다.
생산 라인용에도 대응한다. 완성한 셀을 특성에 따라서 랭크 분류하여 발전 능력을 최적화할 수 있도록 모듈의 조합를 결정하는 자동화 시스템을 상정한다.
태양전지 이외에 연료전지, 소형 수력발전, 2차 전지, 비상시 급전(給電), 직류 급전의 6 분야를 중점 분야로 설정하고 시장 . 기술조사를 추진한다. 특정 고객으로부터의 측정 요망에 따른 발전을 시행하는 한편, 자사 제품의 개발에도 힘을 쏟을 것이다.
共進電機는 브라운관과 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등 영상 디바이스용으로 검사 . 생산 설비를 공급해 왔다.
세계적인 경쟁 격화에 따른 사용자의 생산축소로 수요가 격감, 현재의 매상고는 약 4억 엔. 일간공업

변환효율 배인 3.5%
산화티탄에 알칸디올 흡착
「전자의 역이동」경감
東京大學의 瀨川浩司 교수와 藤澤潤一 특임준교수 등 연구팀은 독자적으로 개발한 「계면착체 태양전지」의 고효율화에 성공했다. 산화티탄과 유기반도체 계면을 개량함으로써 변환효율을 종래 대비 2배인 3.5%로 만들었다. 이 태양전지는 원리적으로 전압의 낭비를 저감시킬 수 있기 때문에 변환효율 20% 정도까지 올릴 가능성이 있다고 한다.
계면착체 태양전지는 색소증감 태양전지의 색소를 유기반도체로 바꾼 것. 다공성의 산화티탄에 테트라시아노키노디메탄(TCNQ) 등의 유기반도체 분자를 반응시키면 화학흡착이 일어나 산화티탄 표면에 착체가 형성된다. 이 계면에 빛을 쏘이면 전기가 발생하는 구조로, 이 연구팀이 발견했다. 빛을 쏘였을 대에 발생한 전자가 유기반도체에서 산화티탄으로 이동, 전극까지 이동하는 것이 이상적인 전자의 움직임. 단, 산화티탄으로 이동한 전자가 유기반도체로 돌아와 버리는 「전자의 역이동」이 과제가 되고 있다.
이번에 산화티탄의 표면에서 유기반도체가 결합하지 않은 부분에 알칸디올을 흡착시킴으로써 변환효율이 종래의 1.8%에서 3.5%로 개선되었다. 연구팀은 공흡착시킨 알칸디올이 전자의 역이동 문제를 경감시켰다고 보고 있다. 색소증감 태양전지에서는 빛이 닿았을 때에 발생하는 전자가 색소에서 산화티탄으로 이동할 때 전압의 낭비가 생기지만 계면착체 태양전지의 경우는 원리적으로 이 로스가 발생하지만 계면착체 태양전지의 경우는 원리적으로 이 로스가 발생되지 않는다고 한다. 연구팀은 재료 개발 등으로 더 높은 변환효율을 기대할 수 있으리라 보고 있다. 일간공업

스위스연방재료과학기술연구소 - 세계최고 효율의 플랙서블 CIGS 태양광전지 개발
스위스 연방 재료과학기술 연구소(Empa : Swiss Federal Labo -ratories for Materials Science)의 과학자들은 재료공학 저널인 Materials Views를 통해 휘어지는 호일을 기판으로 사용하여 세계 최고 효율인 20.4% 광전변환효율을 갖는 플랙서블 태양광전지 개발하였음을 발표했다. EMPA에서 개발한 이 태양전지는 비용 효율적인 태양 전력을 제공하는 것으로 알려진 CIGS 반도체 재료(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물)를 기반으로 한다. 스위스 기술원은 현재 산업적 응용을 위해 규모 확대를 기다리는 단계이다.
EMPA 연구소의 Ayodhya N. Tiwari가 이끄는 박막과 태양광발전 연구팀에서 flexible 폴리머 기판을 이용한 CIGS 태양 전지의 에너지 변환효율 신기록을 수립했다. 이는 이전에 이 동일한 팀이 2011년 4월에 세운 기록인 18.7%에서 크게 개선된 것이다.
Tiwari의 연구팀은 한동안 다양한 박막 태양 전지 기술을 연구하고 개발해왔다.
수년 간 그들은 박막 CIGS 태양전지의 광전변환효율을 향상시켜왔으며 1999년 이 그룹의 첫 세계기록인 12.8%에서 2005년에는 14.1%, 2010년에는 17.6%, 그리고 2011년에는 18.7%를 달성하였다.
이 실험실은 혁신적인 아이디어와 훌륭한 팀워크, 특히 박사 학생인 Adrian Chirila와 Fabian Pianezzi에 힘입어 저온에서 자란 CIGS 층의 특성을 조절하는 데에 성공할 수 있었다.
독일 프라이부르크의 프라운호퍼 태양에너지연구소(ISE)에서 독자적으로 전지효율을 인증하였다.
유리 기판을 이용한 CIGS 태양 전지에 대한 Empa의 새로운 효율 기록은 20.3%인 기록치 또한 넘어섰다. 전지 효율 값은 독일 Freiburg에 있는 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소 (ISE: Solar Energy Systems)에 의해 인증되었다. 또한 Empa의 flexible 태양 전지 효율의 새로운 기록은 현재 유리 기판을 이용한 CIGS 태양 전지의 최고 기록인 20.3%를 상회하고 있다. 더 중요한 것은, 연구자들이 말하기를, 이 새로운 기록이 다결정 실리콘 웨이퍼 기반의 태양전지의 최고 효율과 동등하다는 것이다.
“우리는 드디어 다결정 실리콘 웨이퍼나 유리를 이용한 CIGS 박막의 효율 격차를 좁히는 데에 성공했습니다.” Tiwari가 말한다.
박막 CIGS 기술의 주요 매력 중 하나는 연속적인 롤투롤(roll-to-roll) 공정 과정을 이용해서 생산될 수 있기 때문에 기존의 실리콘 기술에 비해서 더 많은 비용절감을 가져온다는 것이다.
“지금이 바로 다음 단계로 나아가, 산업적 협력자와 함께 비용 효과적 롤투롤(roll-to-roll) 공정과정인 기술을 광범위하게 확장시킬 때입니다.” Empa의 장 Gian-Luca Bona가 말한다. 이러한 맥락으로 이 실험실은 flexible CIGS 광전지의 산업화에 참여하고 있는 신생기업인 Flisom과 협력하고 있다. ACB

그림. Empa에서 개발된 고효율 flexible CIGS 태양전지

재활용 가능한 효율적인 태양 전지
태양 에너지는 우리가 활용할 수 있는 가장 큰 에너지원이지만, 경제적인 측면에서, 수명이라는 측면에서, 그리고 지구 환경적인 측면에서 해결되어야 할 부분들이 많이 남아 있다.
태양 전지는 나뭇잎과 같이 태양빛을 흡수하여 에너지로 변환시키게 된다. 미국 Georgia Institute of Technology 및 Purdue University 소속 연구진은 나무로부터 추출된 자연적인 기판을 활용하여 효율적인 태양전지를 개발하는데 성공했다. 연구결과는 2013년 3월 25일자 Scientific Reports지에 “Recyclable organic solar cells on cellulose nanocrystal substrates”란 제목으로 게재됐다.
연구진은 셀룰로오스 나노결정(CNC; cellulose nanocrystal)이라는 기판 위에 태양 전지를 제작함으로써, 수명이 다한 태양 전지를 물 속에서 쉽게 재활용할 수 있었다. 제작된 유기 태양 전지는 2.7% 수준의 전력 변환 효율을 기록했다. CNC 기판 위에 제작된 유기 태양 전지는 투명하기 때문에, 빛이 유기 반도체 박막에 이를 수 있다. 재활용 과정 동안에 태양 전지는 상온에서 간단하게 물 속에 담기게 된다. 불과 몇 분 안에 CNC 기판은 융해되고, 각 요소로 분해가 이루어진다.
Georgia Institute of Technology 소속 Bernard Kippelen 교수는 본 연구를 통해 실질적으로 재생 가능한, 지속 가능한 신재생 태양 전지 기술의 문을 열었다고 설명했다. 태양 전지 기술에 있어 유기물 기판의 개발 및 성능 향상은 차세대 응용 기술 개발에 있어 중요한 초석이 될 것이다.
지금까지 유기 태양 전지는 통상적으로 유리 또는 플라스틱 기판 위에 제작됐다. 이러한 기판은 재생이 어렵고, 원유 기반으로 제작되기 때문에 환경에도 좋지 않다. 예를 들어, 유리 기판 위에 제작된 전지는 제조 과정 동안에 잘라질 수 있지만 폐기물을 처리하기 어렵고, 종이 기판의 경우 환경적인 측면에서는 좋지만 표면의 거칠기 때문에 성능에 한계가 나타나게 된다. 하지만 셀룰로오스 나노물질의 경우 나무에서 만들어진 녹색 물질로서, 재생 가능하고 또한 지속 가능하다고 할 수 있다. 표면은 2nm 이하의 낮은 거칠기를 갖기 때문에 성능 향상에도 지장이 없다.
연구진은 태양 전지의 광학 특성을 최적화함으로써 앞으로 10% 이상의 전력 변환 효율을 갖는 유기 태양 전지 개발을 진행하고자 한다. 또한 셀룰로오스 나노물질을 생산하기 위해 새로운 산업 육성으로 이어지기 때문에, 일석이조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. GTB

그림 1. (a) 태양 전지 제작에 있어 기판으로 활용된 CNCs 박막의 투과전자현미경 이미지.

(b) 투과도를 나타내는 CNCs 박막의 사진. (c) CNCs 박막의 표면을 보여주는 원자힘현미경 이미지.

그림 2. (a) CNC 기판 위에 제작된 태양전자의 소자 구조. CNC/Ag/PEIE/PBDTTT-C:PCBM/MoO3/Ag.

 (b) PBDTTT-C 및 PCBM의 화학 구조. (c) 제작된 태양 전지의 사진 및 (d) 소자 특성.

 (e) 로그 스케일로 그려진 전류밀도-전압 특성.

태양전지의 발전효율 향상
UV 가시광선으로 변환
東洋잉크SC 첨가제 시작
東洋잉크SC홀딩스는 자외선(UV)파장을 변환하여 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있는 첨가제(마스터배치)를 시작했다 태양저지 모듈의 봉지재에 첨가하면 다결정 실리콘 셀이 고효율로 발전하는 파장의 가시광선으로 변환. 이 회사의 실험에서는 에너지 변환효율 16%였던 셀이 동 16.12%로 개선했다. 1-2년 후를 기점으로 효율을 16.5%까지 높여 상용화한다.
새 마스터배치의 채용으로 발전효율이 0.2포인트 이상 개선되면 이용을 검토하려는 사용자가 늘어날 것으로 본다. 현재 마스터배치에서 늘어나고 있는 무기계 형광체 대신에 효율 개선을 위해 유기계 형광체의 채용을 검토해 나간다.
시작품은 초산비닐공중합(EVA) 수지에 광파장을 변환하는 형광체를 포함한다. 태양광에 포함되는 파장 300나노미터 전후의 UV를 다결정 실리콘 셀의 고감도 영역인 동 500나노-600나노미터의 가시광선으로 변환한다. 태양전지이 장수명화의 요구에 대응할 수 있기 때문에 마스터배치의 상품을 갖추는 데에도 충실할 수 있다. 「PID현상」이라고 불리는 태양전지 모듈의 출력저하를 해소하는 재료나 봉지재와 알루미늄 전극의 박리를 억제하는 제품 등을 투입. 2017년 1/4분기에 태양전지용 재료 전체에서 2012년 1/4분기 대비 2.5배인 매상고 80억 엔을 목표로 한다.
PID현상을 해소할 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름용 산화티탄 마스터배치는 배치 안에 포함된 섬유상의 충전재인 나노필러가 초산에 의한 악영향을 억제하여 모듈의 효율 저하를 방지한다. 또 태양전지 모듈을 구성하는 백색 봉지재용 마스터배치는 알루미늄 전극과의 밀착성 개선을 가져와 봉지재와 알루미늄 전극의 박리를 방지한다. 일간공업