(High-efficiency flexible CIGS solar cells on polyimide film developed at Empa with a novel process. (Credit: Image courtesy of Empa) )
스위스 연방 연구소의 소재 과학 기술 연구소 (Empa : Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) 의 과학자들이 박막형 태양전지 중 가장 효율이 높은 전지를 개발했다고 합니다. 박막 태양전지 (Thin Film Solar Cell) 은 현재 태양전지에 널리 쓰이고 있는 실리콘 대신 아주 얇은 필름 형태의 태양전지로 매우 가볍고 구부러질수 있어 (Flexible) 다양한 장소에 응용이 가능한 태양전지로 관심을 받고 있습니다.
박막 태양전지를 이용하면 반드시 평면인 곳에 태양 전지를 설치할 필요가 없으며 차의 지붕이나 둥근 기둥 처럼 곡면인 공간에도 얼마든지 태양 전지 모듈을 설치할 수 있어 공간 활용이나 인테리어적인 측면에서 훨씬 유리합니다. 그리고 무게가 훨씬 가볍기 때문에 휴대하거나 차량, 항공기에 탑재할 때 유리합니다.
하지만 이런 부분보다도 더 관심을 받는 이유는 현재 실리콘 기반 태양 전지가 너무 비싸기 때문입니다. 박막 태양 전지는 비싼 소재를 매우 얇게 도포하는 방식으로 아주 저렴한 태양 전지를 대량 생산할 수 있는 기술적인 가능성이 있습니다. 마치 신문을 인쇄하듯이 태양 전지를 인쇄할 수도 있는 것이죠. 하지만 현재까지 대량 양산에 어려움이 있는 것은 물론 효율이 낮아서 널리 사용되지는 못하고 있습니다. 현재 시중에서 구할 수 있는 것은 대부분 값비싼 실리콘 태양 전지입니다.
현재 세계 각국의 여러 연구 기관에서 저렴하고 대량 생산이 용이하며 효율이 높은 태양 전지 개발에 열중하고 있는 것은 이 때문입니다. 이 연구 기관 가운데는 앞에서 언급한 스위스 연방 연구소가 있는데 이들은 CIGS 반도체 ( copper indium gallium (di)selenide ) 를 이용한 플렉시블 박막 태양 전지를 오랬동안 연구해 왔습니다.
1999 년에 12.8% 의 에너지 변환 효율에 도달한 이후 이들은 2005 년에 14.1%, 2010 년에 17.6%, 2011 년에는 18.7% 의 효율에 도달했고 2013 년 1월에는 마침내 기존의 박막 태양 전지로는 최고 수준이자 한번도 도달한 적이 없는 20.4% 의 효율에 도달해 세계 신기록을 수립했습니다. 이 정도면 시중에서 구할 수 있는 태양 전지의 효율 가운데는 높은 등급이라고 할 수 있습니다.
하지만 아직까지는 양산화라는 매우 중요한 단계가 남아 있습니다. 적지 않은 태양 전지 소재가 개발 되었지만 아직도 전통적 실리콘 기반 태양전지가 가장 널리 사용되는 것은 양산화 및 신뢰성, 가격등에서 가장 우수하기 때문이죠. 산업적인 대량 생산과 합리적인 가격, 수명, 신뢰성 등의 문제를 극복하고 시중에서 저렴한 박막 태양 전지를 쉽게 구할 수 있는 날이 온다면 대체 에너지 부분에서 도움이 될 것이라고 생각됩니다.
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