<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

더 많은 전기를 만드는 태양 전지의 적층

태양 전지를 적층하여 더 많은 태양 에너지를 전기로 변환하는 방법은 없을까? 한 기업이 이러한 방법을 개발하였으며, 이러한 접근방법은 태양 에너지의 이용을 천연가스만큼 값싸게 만들 가능성이 있다고 미국 매사추세츠 공대 테크놀로지 리뷰(MIT Technology Review)가 2014년 8월 6일에 전했다.

아이디어는 서로 다른 광 주파수를 수집하는 서로 다른 반도체 소재를 적층하는 것이다. 이러한 아이디어를 이용하면 여러 개의 서로 다른 조합으로 적층하여 더 많은 태양 에너지를 포착할 수 있는 태양 전지를 만들 수 있기 때문에 중요하다.

이러한 생산 기술은 미국 매사추세츠 공대 테크놀로지 리뷰의 케빈 불리스(Kevin Bullis)에 의하여 토의되었다. 미국 노스캐롤라이나(North Carolina) 주 더럼(Durham)에 본사를 둔 기업인 셈프리우스(Semprius)는 신속하고 경제적으로 적층을 수행하는 기술을 가지고 있다.

통상적인 태양 전지가 25퍼센트 미만의 태양 에너지를 전기로 변환하는 반면에 이 기술은 50퍼센트 정도로 높은 효율을 달성할 수 있는 기회를 제공할 것이라고 케빈 불리스가 말했다.

또한, 셈프리우스는 태양 전지를 서로 고정하기 위하여 태양 전지와 새로운 형태의 접착제를 전기적으로 연결하는 방법에 대한 특허권을 가지고 있다. 올해(2014년) 초에 셈프리우스는 새로 만든 4-접합으로 적층된 집광형 광전 변환(CPV: Concentrated photovoltaics) 태양 전지를 발표하여 뉴스거리가 되었다.

이 태양전지는 자주 언급되고 있는 50퍼센트의 변환 효율을 가지는 태양전지라는 산업체의 목표에 한 걸음 더 가까이 다가가도록 만들 것이라고 미국의 녹색 기술 관련 뉴스 및 논평 사이트인 클린테크니카(CleanTechnica)가 보도하였다.

올해(2014년) 4월에 발표된 셈프리우스의 신기술은 "셈프리우스는 특허 받은 4-접합의 4개 터미널이 적층된 태양 전지로 세계적 수준의 효율인 43.9퍼센트를 달성하였다"는 표제가 달렸다.

"4-접합을 이용하여 적층된 태양전지는 태양광 스펙트럼에서 더 넓은 영역에 걸쳐 광을 포착할 수 있으며, 이를 통하여 기존의 실리콘 및 단일 접합 박판 필름 태양 전지에 비하여 훨씬 더 높은 효율을 달성할 수 있었다. 초기 시험 생산된 태양 전지는 최대 43.9퍼센트의 효율을 가지는 것으로 측정되었으며, 이러한 공정은 가까운 미래에 50퍼센트 이상의 태양 전지 효율을 달성하게 만들 것"이라고 셈프리우스의 보도 자료가 기술하였다.

셈프리우스는 4번째의 태양 전지 위에 적층된 3개의 반도체 소재로 이루어진 태양 전지를 시연하였다고 케빈 불리스가 말했다. 이러한 공정으로 만들어지지 않았다면 태양 전지와 반도체 소재는 호환되지 않았을 것이다.

"반도체를 적층하는 기존의 방법은 상호 간에 하나의 층위에 다른 층을 성장시키는 것이었다. 그러나 모든 반도체가 이러한 방식으로 결합될 수 있는 것은 아니다. 왜냐하면 이들의 결정 구조가 이러한 결합 방식을 허용하지 않기 때문"이라고 케빈 불리스가 설명하였다.

경제학적 규모와 연관된 비용 측면에서 연간 80~100메가와트 규모의 생산시설이 50퍼센트의 효율을 가진 태양 전지를 만든다면 킬로와트시(kilowatt-hour)당 5센트 미만의 비용이 가능할 것이라고 셈프리우스의 기술부문 부사장인 스콧 버로우스(Scott Burroughs)가 말했다.

미국의 에너지부(Department of Energy) 산하 에너지 정보국(U.S. Energy Information Administration)은 새로운 천연 가스 발전소가 킬로와트시당 6.4센트의 비용으로 전기를 생산할 것이라고 매사추세츠 공대 테크놀로지 리뷰(MIT Technology Review)에 덧붙였으며, 이는 태양 에너지의 이용을 천연가스만큼 값싸게 만들 가능성을 제시하고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr