[산업기술] 일본, 차세대 태양광전지 개발에 힘써

- 색소증감형, 유기박막형 태양광전지 낮은 생산비용이 특징 -

□ 차세대 태양광전지 개발에 힘쓰는 일본 기업

 ○ 비싼 실리콘 가격으로 생산비용이 많이 드는 실리콘계 태양광전지의 단점을 극복하기 위해 주요 일본 대기업이 차세대 태양광 전지 개발에 힘을 쏟고 있음.

 ○ 차세대 태양광전지 중 최근 잇달아 연구 성과를 발표하고 있는 것이 샤프의 색소증감형 태양전지와 도레의 유기박막형 태양전지임.

□ 주요 태양광 전지 종류

 ○ 차세대 태양광 전지의 특징은 실리콘을 주원료로 하지 않는 점으로 생산비용이 저렴하다는 강점이 있음.

 ○ 유기박막형, 색소증감형 모두 이론상의 변환 효율은 30% 대로 현재 태양광전지 주류를 이루고 있는 실리콘계와 동일한 수준

주요 태양광 전지 종류

주 : 괄호 안은 이론상 한계치

자료원 : 니혼케자이신문

□ 샤프 색소증감형 태양전지 개발

 ○ 샤프가 10년 후 실용화를 목표로 색소증감형이라고 불리는 차세대 태양전지 개발에 힘을 쏟고 있음.

 ○ 색소증감형을 개발하는 이유는 현재 주류인 실리콘 타입보다 제조비용을 대폭 낮추는 것이 가능한 것으로 보이기 때문.

 ○ 태양전지의 주력 거점인 나라현의 공장 일가에 있는 첨단에너지기술연구소에서 2020년경 실용화를 목표로 한 색소증감형(色素增感型)태양전지 연구개발이 진행

 ○ 샤프는 현재 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)로부터 위탁을 받아 2009년도에 면적 900㎠로 변환효율 8%라고 하는 목표를 걸고 개발을 하고 있음.

 ○ 색소증감형을 개발하는 이유는 현재 주류인 실리콘 타입보다 제조비용을 대폭 낮추는 것이 가능한 것으로 보이기 때문.

□ 색소증감형 태양전지 특징

 ○ 태양광을 전력으로 전환하는 효율(변환효율)이 높은 시작품은 빛을 흡수하기 쉬운 다크그린계의 제품이 많음.

 ○ 안료 등에 사용되는 유기색소는 유기물과 금속이 연결된 금속착체가 포함돼 태양광을 흡수하면 전자를 방출하는 성격을 가짐.

 ○ 전극을 붙인 유리 사이에 색소와 전해질을 넣으면 전력을 내는 것이 가능함.

 ○ 원리는 간단하지만 재료에 따라 발전효율이 바뀌어 어떠한 재료가 효율이 높은 것인가를 찾아가는 상태임.

  - 색소 외에 전극이나 전해액 등의 재료, 조건을 바꿔 최적의 조합을 찾는 것이 목표

  - 색소의 색에 따라 태양전지의 성능이 변화하기 때문에 색소를 바꿔보고 물들이고 성능을 검증하는 작업이 되풀이 됨.

 ○ 실리콘을 사용하는 태양전지는 진공장치를 사용해 가공을 하나 색소증감형은 진공장치가 필요없어 설비투자 비용이 대폭 낮음.

 ○ 단점은 짧은 수명

  - 색소증감형은 변질되기 쉬운 유기물을 사용하기 때문에 수명에 난점이 있음.

□ 도레, 유기박막형 태양전지 개발

 ○ 도레는 세계최고 변환효율을 실현, 2015년을 목표로 실용화할 계획

  - 지금까지 유황이 주체였던 재료에 질소를 더해 빛이 닿았을 때 발생하는 전압을 높인 것 외에 얻은 전자를 모으기 쉽게 함.

  - 새로운 재료를 사용한 한 변의 길이가 5㎜인 정사각형 태양전지를 시험 제작함. 변환효율이 5.52%에 달해 과거보다 0.4 포인트 효율을 향상시킴.

 ○ 재료를 개량하면 변환효율이 실용수준인 7%까지 향상될 것으로 보고 휴대기기용 전원으로 실용화할 계획임.

□ 시사점

 ○ 차세대 태양광전지의 경쟁 포인트는 얼마나 제조비용을 낮출 수 있는가와 유연성을 확보해 설치용도를 확대하는 것임.

  - 실리콘은 반도체산업 수요도 있고 공급이 한정돼 코스트가 내려가기 힘듦.

  - 실리콘계는 소재가 딱딱해 사막과 같은 넓은 평지나 빌딩 옥상에 설치하는 용도로 한정되는 반면 유기박막형이나 색소증감형은 구부릴 수 있기 때문에 건물의 벽면이나 자동차 차체 등에 설치가 가능해 용도가 다양함.

 ○ 현재 태양광전지 발전 코스트는 1㎾h당 약 40엔으로 화력발전보다 6배 비쌈. 따라서 재료와 설비투자 비용이 적은 차세대 태양광전지 개발이 가속화될 것으로 전망됨.

 자료원 : 닛케산업신문, 니혼케자이신문