태양전지, 어떻게 만들어 졌을까?

 
태양전지(PV; Photovoltaics)는 빛을 의미하는 'Photo'와 전기연구의 개척자인 Alessandro Volta(1745-1827)의 이름을 딴 Volt에서 유래한다. 이미 많은 분야에서 연구되고 있고, 차세대 주된 에너지원으로 각광받고 있는 태양전지는 빛 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 의미한다. 한마디로 태양광에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 장치를 태양전지(Solar Cell)라 정의한다. 휴대용 계산기와 손목시계는 간단한 태양전지를 이용한 대표적인 생활속 제품이며 신재생에너지 중 잠재적 성장 가능성이 가장 큰 태양전지는 어떻게 만들어 졌는지
궁금하지 않을 수 없다.

태양전지는 Edmond Becquerel에 의해 처음으로 만들어 졌다고 한다. 19세기 경 어떤 물질이 햇빛에 노출되면 전기가 생산된다는 것을 알게되었고, 이에 태양전지라는 개념이 최초로 생겨 났다. 이전에는 태양열에너지의 집적효율을 높여 태양에너지를 활용하였으나, 태양의 빛 에너지를 활용한 새로운 태양 에너지의 활용가능성을 발견했다는데에 이 사건은 의미가 있었다. Heinrich Hertz는 셀레늄 같은 고체에 관한 연구를 통해 1~2%의 변환효율을 갖는 태양전지를 개발해내 광측정 장치로 사용하는 사진분야에 응용되었다.

이후 높은 순도를 갖는 결정실리콘(Crystalline Silicon)을 생산하기 위한 Czochralski 과정을 개발함에 따라,1940년대와 50년대는 태양전지 상용화의 중요한 시점이 되었다. 우주항공 분야의 에너지를 얻기위한 방안으로 태양광에너지가 각광을 받았으며, 최초의 결정형실리콘 태양전지의 효율은 4%로 기존 셀레늄 태양전지의 두배이상의 효율을 내며 태양전지 상용화에 박차를 가하였다.

Vanguard 우주위성의 라디오 전원의 공급을 시작으로 태양전지 기술은 통신, 무기, 과학연구등 다양한 우주항공분야에 응용되었으며, 인공위성은 거의 모두 태양전지를 활용하여 동력원을 공급받고 있다.

International Space Station (NASA, 02/09/10) by NASA's Marshall Space Flight Center

컴퓨터, 트렌지스터 반도체 기술의 발달은 태양전지의 2차 부흥을 이끌었다. 태양전지와 반도체는 유사한 물리적 원리를 바탕으로 작동하므로 끊임없는 기술 교류로 꾸준히 기술이 발달하였다. 하지만, 1970년대까지는 고가의 태양전지 장비로 인하여 지구에서 상용화 되지는 못하였다. 그러나, 1970년대 중반의 오일쇼크는 이 판도를 바꾸어버렸다. OPEC의 독과점 역량을 바탕으로 벌어진 오일쇼크는 에너지 문제의 심각성을 전 세계에 각성시키기에 충분하였고 이에 미국 연방정부, 산업체, 연구소 등에서 연구 개발에 수십억 달러를 투자하여 광전환 변환 효율을 7~17%까지 끌어올렸고 20년 이상 문제 없이 발전이 가능한 내구성을 지니도록 개발되었으며 가격또한 1/20수준으로 떨어뜨려 현재에 이르게 되었다. 하지만, 태양전지의 가격은 타 에너지 생산수단에 비해 여전히 비싼 수준으로 앞으로  이 기술의 발전을 위해서는 발전단가를 낮추기 위한 지속적인 노력이 필요할 것으로 전망된다.

 
태양전지는 흥미롭다. 다음 포스팅에서는 발전원리와 재료에 따른 태양전지 종류에 대해서 조사해 보도록 할 것이다.