색소증감형 태양전지
고온다습 1000시간 가동
후지크라  통상 사용의 10년치
후지크라는 [색소증감형]이라고 하는 차세대 태양전지로, 고온다습의 환경 하에서 1천 시간의 연속 가동을 실현했다. 일반적으로 사용했을 경우 10년의 기간에 상당한다. 태양빛보다 효율적으로 전기로 전환하는 기술도 도입했다. 앞으로도 변환효율의 향상과 원가삭감을 진전시켜 조기 실용화를 꾀할 계획이다.
전해질이나 색소가 누출되지 않도록 봉지재(封止材)나 봉지법(封止法)을 개량하여, 얼마 전 섭씨 85도, 습도 85%의 환경 하에서 1천 시간의 가동에 성공했다.
슬림형 태양전지에서 주류인 「아모르파스(비결정)형 실리콘 태양전지」를 대상으로 하는 기준에서는 같은 조건에서의 1천 시간 가동은 일반적인 이용의 경우 10년이라는 기간에 상당한다고 한다.
바닥부분에 태양광을 난반사하는 가공을 실시함으로써 빛이 기판 안에 오래 머물 수 있도록 하여 색소와 반응하는 확률을 높였다. 재료기술연구소의 北村隆之씨는 “발전효율은 1.5~1.7배로 높았다”고 한다. 올 봄 실외에서 실제 태양광으로 발전하여 비바람에 견디는 실험도 시작했다.
색소증감형 태양전지는 태양빛을 흡수하면 전자를 방출하는 유기색소의 성질을 응용한 차세대 태양전지. 유기색소를 부착시킨 산화티탄과 전해질을 도전성 유리 등의 기판 사이에 끼우는 구조가 일반적이다.
현재 주류인 실리콘을 사용한 태양전지에 비해 재료나 제조 원가가 낮아 가격은 반 이하가 될 것이라고 한다. 변환효율이 낮지만, 샤프나 大日本印刷가 7%대를 달성. 후지크라도 소형에서는 동등한 변환효율을 실현했다. 올해에는 스위스의 연구자가 보유하고 있는 기본특허의 기한이 끝나기 때문에 실용화를 위해서 각사가 개발경쟁을 계속하고 있다. 일간공업

아리조나 주립대 태양전지 테스팅 연구소 800,000$ 유치
최근 DOE의 Solar America Initiative
(SAU) Program으로부터 800,000$의 지원금을 유치한 아리조나 주립대의 태양전지 테스팅 연구소(Tempe, Ariz. ASU)의 미래는 그 어느 때보다 밝아 보였다. 이번 지원금은 태양에너지를 이용한 전력생산에 대한 경쟁력 강화에 대한 부시 대통령의 공식적 제안에 의해 시작되었다. 부시 대통령이 제안한 본 프로그램을 통한 공식적 목표는 2015년 까지 태양광 발전을 통해 생산된 전력을 각 가정에 킬로와트 시간 당 5~10센트의 가격으로 공급하는 것이다. ASU이 받은 지원은 SAI에서 제공하는 11개의 지원 중 하나로 ASU에서 받은 지원 중 5번째로 큰 규모이며 Tempe에서 봤을 때는 4번째 규모이다. Tempe는 앞으로 SolFocus Inc.와 Soliant Energy Inc.에서 생산된 태양전지의 테스팅 실험을 담당할 예정이며 본 프로그램을 통해 측정된 데이터는 이 두 회사들의 제품들을 검증 및 상업용으로서의 적합성을 검증하는데 사용될 것이다. ACB

Surngi Energy System 수년내
화력 발전에 맞먹는 변환효율의
태양전지 개발 공언
태양에너지시스템을 디자인 하는 회사인 Sunrgi Company는 화석연료를 이용한 발전에 맞먹는 효율의 태양광발전을 수년 이내에 상용화 시킬 수 있을 것이라 공언했다. Surgi의 태양광발전시스템은 태양광의 단위 면적당 에너지를 2000배 이상 증대 시켜줄 수 있는 렌즈를 사용하기 때문에 태양전지 효율을 37.5%까지 끌어올릴 수 있다고 한다. ACB

사하라의 태양열발전소
스페인의 태양열집약발전소(Concentra
ting Solar Power, CSP)는 많은 반사경을 배치하여 반사되는 태양빛이 중간에 위치한 센트럴 타워에 집중하도록 하여 전기를 생산하는데 사용하고 있다. 이와 비슷한 발전소를 북아프리카에 건설하는 방안이 제기되고 있다. 포개진 작은 직사각형은 광대한 사하라 사막을 덮고 있으며 이 반사경은 유럽의 탄소배출량을 감소하기 위한 강력한 노력의 일부로서 사막의 태양열을 이용한 전력생산을 계획하고 있다. 북아프리카 국가에서 집약발전소는 웨일즈보다 적은 지역을 대표하고 있지만, 전체 유럽에 청정전력을 공급할 수 있을 만큼 전력을 생산할 수 있다고 과학자들은 주장했다.
바르셀로나에서 열리고 있는 유로사이언스 오픈 포럼(Euroscience Open Forum)에서 유럽연합 집행위원회의 에너지 연구소의 아눌프 예거-발덴(Arnulf Jaeger-Walden)은 사하라와 중동지역에 쏟아지는 태양빛의 0.3%만으로도 유럽 전체가 필요한 에너지를 충족시킬 수 있다고 말했다. 과학자들은 일련의 거대한 태양열발전소를 건설할 것을 요구하고 있다. 태양열전지를 통해 전기를 생산하거나 태양열을 집약시켜 물을 데워 터빈을 돌리는 형태로 유럽의 재생에너지원을 공유하는 계획의 일부이다.
또한 새로운 수퍼전력선은 고압선 케이블을 통해 영국과 덴마크에서 생산되는 풍력발전을 통한 여분의 전기를 수출하거나 아이슬란드의 지열을 통해 생산된 녹색에너지를 수입할 수 있다. DC전력선에서 손실되는 에너지는 전통적인 AC전력선보다 훨씬 적다. 지금까지 AC전력선은 장거리에 에너지를 전송하는데 비경제적이었다. 니콜라 사르코지(Nocholas Sarkozy)와 고든 브라운(Gordon Brown)의 정치적인 지원을 받고 있는 이 전력선 사업계획은 재생에너지는 기후를 예측할 수 없는 경우로 인해 경제적일 수 없다는 끊이지 않는 비판에 대한 해답이 되고 있다. 이 계획의 지지자들은 비록 풍력은 북해에서 강력하게 불지 않더라도 다른 유럽지역에서 바람이 불 수 있으며 태양빛을 통해 전력을 생산할 수 있는 곳도 존재한다고 주장하고 있다.
과학자들은 사하라에서 태양열을 얻는 것은 좀 더 집중적이기 때문에 특히 효율적이라고 주장한다. 북아프리카에서 태양열 전지판은 북유럽의 유사한 전지판보다 세 배는 더 많은 전기를 생산할 수 있다. 대부분의 비용은 현재 북아프리카의 태양열 발전소가 생산할 수 있는 전력을 전달할 수 없는 남부 지중해의 국가들을 연결하는 공공전력선 네트워크의 개발에 들어갈 것이다. 비록 북아프리카와 이태리 사이의 고압선은 건설되고 모로코와 스페인 사이에 존재하는 전력선을 사용할 수도 있음에도 불구하고 이태리와 스페인 또는 그리스나 터키와 같은 국가에 전력을 전달하는 기반시설은 재건설되어야 한다고 예거-발덴은 말했다. 포르투갈과 스페인과 같은 남부 지중해 국가들은 이미 알제리에 건설되고 있는 태양열과 천연가스를 결합한 발전소에 많은 투자를 하고 있으며 이 발전소는 2010년부터 전력을 생산할 수 있다. 알제리는 2020년까지 유럽에 6000메가와트 정도의 전력을 수출할 목표를 가지고 있다. 이 프로젝트에 참가하고 있는 과학자들은 북아프리카에서 태양열에너지를 통해 전력을 생산하여 유럽에 공급하는데는 많은 시간과 엄청난 투자가 필요하지만 2050년까지 영국의 전체 에너지원을 통해 생산되는 전력을 넘는 100기가와트의 전력을 생산할 수 있으며 4,500억 유로가 투자되어야 한다고 보고 있다.
재생에너지 전력선에 대한 비전은 유럽연합 집행위원회의 공공 연구센터(Joint Research Centre, JRC)가 전략에너지기술계획을 발표하면서 시작되었다. 이 보고서는 태양전지판을 이용한 전력생산을 중단기 미래에 우리가 발전시켜야 할 여덟 개의 기술 중에 하나로 꼽고 있다. JRC 계획은 연료전지와 수소, 청정석탄, 제 2세대 바이오연료, 핵융합, 풍력, 핵분열, 그리고 스마트 전력선을 포함하고 있다. JRC소장인 지오바니 데 산티(Giovanni De Santi)는 이 방안은 유럽이 전체 에너지소비량을 2020년까지 20%까지 줄이는 방안의 일부가 되도록 계획될 것이지만 20%까지 이산화탄소 배출량을 줄이는 것과 재생에너지원에서 에너지 생산을 20%까지 늘릴 수 있도록 계획될 것이라고 주장했다. GTB

태양 에너지를 활용하는 친환경 에어컨
스페인 마드리드 카를로스 3세 대학(Universidad Carlos III of Madrid) 연구진과 CSIC(Consejo Superior de Investigaciones Cientificas) 연구진은 오존층을 파괴하지 않는 친환경 냉각 기술(environmentally friendly cooling technology)을 개발했다. 이 냉각기술은 태양에너지를 이용하기 때문에 온실가스 배출을 억제할 수 있다.
연구팀은 태양에너지를 이용하는 흡수식 냉각기(absorption chiller)를 고안하여 제작했다. 잔열(residual heat)은 냉각 시스템을 운영하는 에너지로 사용된다. 이 기계에 적용된 기술은 일반적인 에어컨 시스템과 유사해 보이지만 리튬 브로마이드 수용액(lithium bromide solution, LiBr water)을 적용하여 환경 영향을 최소화하여 온실 효과의 증가를 억제하고, 오존층을 파괴하지 않으며, 장치의 물 소비를 억제할 수 있다.
마드리드 카를로스 3세 대학 열공학 및 유체 역학 교수인 Marcelo Izquierdo가 주도하는 연구팀은 기존 장치와는 다른 태양 에너지 냉각 시스템을 CSIC의 IETCC
(Instituto de Ciencias de la Con
struccion Eduardo Torroja)에 건조 중이다. 이 시스템은 실외 온도가 33~43℃ 범위일 때 7~18℃ 범위의 냉각수(cold water)를 생산할 수 있는 개선된 흡수 메커니즘을 사용한다.
한편 가정용 LiBr/H2O 흡수식 냉각기에 대한 실험이 전형적인 8월 기후의 다양한 실외 기온에서 진행됐다. 발생기에서 뜨거운 물의 입구 온도는 80~107℃로 다양하게 나타났다. 열 수요(Thermal demand)가 에너지 수지(energy balance)와 에너지 효율을 나타내는 COP를 통해 산출됐다. 장치의 부품 온도의 변화가 기록됐으며, 냉각력(chilling power)과 일일 COP가 실험이 진행된 3일 동안 산출됐다. 실험 결과 냉각력이 실외 건구 온도(dry bulb tempera
ture)가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타낸다는 사실을 보여 주었다.
Marcelo Izquierdo 교수는 상업적인 공기 압축 흡수 장치에 대한 연구가 28~34℃ 범위의 실외 온도에 입증됐으며, 이 장치의 발전기에서 공급원 온도가 80~95℃ 범위일 때, 12~16℃의 냉각수를 생산할 수 있다고 밝혔다. 이러한 조건 하에서 생산된 냉각수는 물-공기 열 교환기(water-to-air heat exchanger; fan coil)와 결합하여 가정에서 기온 제어하는 장치에 이용될 수 있다. 이 장치는 120m3 부피의 40m2 면적을 갖는 방을 냉각시키기 충분한 냉각수를 생산할 수 있다고 연구진 중 한 사람인 Raquel Lizarte는 밝혔다. GTB

태양전지를 위한 초박막 결정 실리콘
웨이퍼 신제조법
박막태양전지를 사용한 태양광발전시스템은 2015년에 72억 달러(1달러=1,008원, 2008년 7월 16일 기준) 규모의 시장을 형성할 것으로 전망하고 있다. 이 부분에서 현재 시장 규모는 약 10억 달러를 상회하는 정도이다. 태양광발전시스템시장은 낮은 제조비용, 경량 그리고 입체형(벽, 지붕, 창문 등에 시공) 제작과 같이 박막태양전지가 가지는 장점을 바탕으로 급속도로 성장할 수 있을 것이다.
벨기에 연구기관인 IMEC는 태양전지를 위한 50um 두께의 결정 실리콘(Si) 웨이퍼 제조법을 개발하였다. 실리콘잉곳(ingot)을 와이어 소(wire saw)로 자르는 종래의 기술과 다르게 금속과의 열팽창(Thermal expansion) 차이를 이용하여 실리콘박막을 제조하는 방법으로 제조 시 불필요한 배출물을 발생시키지 않는 장점을 가지고 있다. IMEC는 이 기술을 이용하여 결정 실리콘계 태양전지 셀의 제조비용을 크게 감소시켰다.
IMEC에 의하면, 이번에 새롭게 개발된 실리콘 웨이퍼의 제조법은 다음과 같다. 먼저, 두꺼운 결정 실리콘 웨이퍼 위에 스크리닝 인쇄기를 이용하여 금속 박막을 인쇄한다. 다음에 이것을 컨베이어(conveyor) 벨트에 올려놓은 상태로 노(belt furnace)에 넣어 고온에서 소결(sintering)시킨다. 웨이퍼의 온도가 낮아지면서 금속층과 실리콘층의 열팽창률 차이로 실리콘층에 뒤틀림이 발생하여 실리콘층 표면에 일정한 크랙(crack)이 발생한다. 다음에 실리콘층의 윗부분과 금속층을 함께 벗겨낸 후 에칭용액에서 금속층을 실리콘 박막으로부터 제거하면 아주 깨끗하고 얇은 실리콘 박막만 남는다. 두꺼운 실리콘 웨이퍼로부터 반복적인 가공공정 등을 통하여 실리콘 박막을 만들 수 있다고 한다. IMEC는 “면적이 25cm2라는 작은 면적이라면 30um 두께의 실리콘 박막도 제조 가능하다“고 하였다.
에칭방법이 아닌 연마공정을 이용한 박막 웨이퍼의 제조는 연마재에 의한 웨이퍼의 엣지 부분 및 표면에 손상을 주기 때문에 연마공정이 진행됨에 따라 웨이퍼의 깨짐의 원인을 제공할 수 있다. 그러나 연마재료의 최적화를 통하여 두께 5um의 웨이퍼를 가공한 경우도 있다
한편, 이 실리콘 박막으로 면적이 1㎠인 태양전지 셀을 제작한 결과, 뒷면의 보호막 형성 및 빛을 효율적으로 획득하기 위한 표면처리를 하지 않아도 10%의 셀 전환효율을 얻을 수 있다. 또한 만약 적절한 표면처리를 한다면 높은 효율을 실현할 수 있다. 더욱이 실리콘 박막 제조에 사용되는 스크리닝 인쇄기 및 노는 기존의 장비를 사용할 수 있어 제조라인의 구축에 적은 비용이 발생하기 때문에 경제적인 방법으로 생산이 가능하다는 장점이 있다.
IMEC는 이 기술을 2008년 7월 15~17일에 미국 샌프란시스코에서 개최되는 전시회 ‘Semicon West 2008’에서 최초로 전시할 예정이다. GTB

태양전지 제조업체의 공격적인 증설과
투자 흐름의 불일치
지속적인 폴리실리콘의 부족에도 불구하고 태양에너지에 대한 강력한 수요가 주요 태양전지 제조업체들로 하여금 2008년에 공격적인 설비 증설을 계획하도록 하고 있다. 국내의 경우 태양전지용 잉곳 및 웨이퍼 사업에 신규 진출하는 기업들이 근 2~3개월 사이에 10여 개 생겨났다. 디지털타임스(2008.1.25)에 따르면 태양전지용 잉곳 및 웨이퍼 생산에 들어간 웅진에너지와 스마트에이스, 네오세미테크 외에 동양제철화학의 관계사인 넥솔론, 오성엘에스티, 쏠라엔텍 등이 올해 양산을 목표로 생산 공장을 건설하고 있다. 또 여기에 SKC 자회사인 솔믹스, LG필립스디스플레이, 글로실, 유비트론 등이 관련 설비투자를 검토하거나 추진하고 있다. 웅진에너지의 경우 현재 썬파워에 전량을 공급해도 물량이 모자라는 입장이어서 연말까지 잉곳성장장치를 64기 추가해 생산량을 배로 늘릴 계획이며, 장기적으로 2012년까지 4000억 원 가량을 투자해 연간 5000톤 규모의 생산 능력을 갖출 계획이라고 밝혔다.
이러한 흐름은 대만에서도 동일하게 이어지고 있다. 대만의 Motech Industries는 2008년 2월 29일 대만 증권거래소에 태양전지와 태양잉곳 부문을 확장하기 위해 24억 3천만 대만달러를 투자한다고 공시했다. Motech는 자본비용(capex)의 일부분을 은행 융자로 얻은 자금이 포함된 기존 펀드로 채울 것이다. 이에 Motech의 태양전지 생산 역량은 현재 240메가와트피크에서 580메가와트피크로 확대될 것이다. 이런 확대는 자회사인 AE 폴리실리콘의 만족스러울만한 자원 공급 때문에 가능했다. 대부분의 확대 생산은 2008년 하반기에 이루어질 예정이다.
Gintech Energy는 2008년에 100억 대만달러의 자본비용을 발표하였는데, 이 예산의 대부분이 확장 공사에 투자될 것이다. 이것 역시 MEMC Materials로부터 꾸준히 자원을 공급받을 수 있는 상황이기 때문이다. 이러한 확장으로 2008년에 태양전지 생산 역량이 210메가와트피크에서 560메가와트피크로 올라갈 것이며, 2009년에는 860메가와트피크로 올라갈 것으로 전망되고 있다. 이 공격적인 증설 계획을 수행하기 위해, Gintech Energy는 2008년 하반기 때 대만 신쥬(Hsinchu)에 세 번째 공장을 건설할 계획이다.
E-ton Solar Tech와 Neo Solar Power를 포함한 다른 주요 태양전지 제조업체들 또한 올해 빠르게 증설할 계획을 갖고 있다. E-ton Solar는 2008년에 15억 대만달러의 자본비용을 책정하였으며, 현재 200메가와트피크에서 320메가와트피크로 올릴 계획이다. Neo Solar Power는 2008년에 35억 대만달러 자본비용을 계획하였으며, 2008년 3분기에는 210메가와트피크, 2009년에 510메가와트피크를 생산할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
하지만 이렇게 태양전지 업체들이 안정적인 자원공급을 바탕으로 공격적으로 증설하고 있지만, 현 거시 경제트렌드 하에서 안정적인 재원을 확보하기가 더욱 어려워지고 있다고 한다. 즉 태양에너지 시장이 여전히 최종소비자 관점에서의 수요 측면에서 봤을 때 낙관적이지만, 투자자들이 보다 신재생에너지 투자에 주의를 기울이기 시작하면서 사업자들이 자금 조달에 어려움을 겪고 있다. 앞서 언급했던 태양전지 제조업체인 Neo Solar는 사모를 통한 주식발행을 중지했다. 이 회사는 원래 한 주당 150대만달러 액수로 200백만 주를 발행할 계획이었다. 그러나 Neo Solar가 액면가를 105대만달러로 낮출 것이라는 시장 전망이 흘러나왔다.
미국에서는 지난 2월 27일(수요일), 민주당이 H.R. 5351 법안을 통과시켰다. 이 법안은 계속해서 재생가능한 에너지 업체들의 세액을 공제시켜주는 것이다. 하지만 미국 언론사들은 대체로 세액 공제가 언제까지 이루어질지 불확실하다고 말하고 있고, 관련 전문가들은 대체로 부정정이라고 판단하고 있다. 미국 역시 클린테크 산업의 불확실성 때문에 태양에너지를 비롯한 신재생에너지 산업에 대한 투자가 예전처럼 활발히 이루어지고 있지 않은 것이다. 이에 Nanosolar의 CEO인 Martin Rosencheisen은 미국에서 태양에너지와 같은 신생산업이 여전히 활발히 투자가 이루어지고 있는 다른 나라의 기업들에 비해 뒤처질 것을 염려하고 있다. GTB

태양전지 셀에 발생하는 균열을 가시화하는 인라인형 EL 검사 장치 개발
- 닛신보(Nisshibo), 태양전지 셀에 발생하는 균열을 가시화하는 인라인형 EL 검사 장치 개발 / 태양전지 제조 설비, 마이크로 크랙까지 가시화 -
닛신보는 태양전지 제조 공정에서 과제 중 하나가 되고 있는 태양전지 셀에 발생하는 크랙을 가시화하는 인라인(생산 라인 편성)형 EL 검사 장치를 새롭게 개발하였다.
셀에 발생한 크랙은 태양전지의 발전 효율 저하를 초래한다. 셀이나 모듈 상태로 발전 효율을 측정하는 장치는 현재 있지만 발전 효율 저하의 원인이 되는 크랙을 발견하는 장치는 지금까지 존재하지 않았다. 이러한 EL 검사 장치는 부속의 양부 판정 지원소프트웨어로, 크랙의 형상·크기·양을 데이터베이스화할 수 있으므로, 품질관리 레벨의 업을 도모해, 생산성의 비약적인 향상에 공헌한다.
EL 검사 장치는 EL(전계 발광) 현상을 이용하고 있어 셀에 전기를 흘림으로써 셀 자체를 발광시켜 크랙이 발생하고 있는 개소를 화상으로서 추적할 수 있다. 이로 인해 지금까지 육안으로는 확인할 수 없었던 셀 내부의 마이크로 크랙까지 표시할 수 있다.
2008년 봄부터 라인 외에서의 판정용 EL 검사 장치를 출하하여 일본 국내외 태양전지 메이커로부터 높은 평가를 받고 있다고 한다. 이번 인라인형을 개발함으로써 새로운 수요 확대를 전망하고 있다고 한다.
이번에 개발된 인라인형 EL 검사 장치의 특징은 육안으로는 발견 불가능한 마이크로 크랙을 가시화하고 Si 결정계, Si 박막계 태양전지(화합물계 태양전지)에서도 응용이 가능하며 기존 모듈 제조 라인에도 설치가 가능하다는 점이다. GTB