[태양 전지] 태양 전지의 광전환 효율, 시장 주도권의 관건

모든 일에는 효율성이 중요하다. 전쟁 중에도 이 말은 유효한데, 이순신 장군이 28회의 전장에서 모두 승리로 이끌 수 있었던 이유도 효율적인 군사 운용 덕분이었다. 뛰어난 전략, 전술. 모두 효율적인 운용에 있다.

              이순신 장군의 학익진 전술은 한산도 대첩을 승리로 이끌었다.

태양전지, 효율성이 시장 지배의 관건

태양전지 시장도 마찬가지다. 전 지구에 평등하게 쏟아지는 태양빛 만큼이나, 태양에너지는 분산도가 높기 때문에 어떻게 이 거대한 에너지를 효율적으로 모을 수 있느냐가 태양광 발전의 핵심적인 문제이다. 대부분의 태양광 업체들의 기술개발의 핵심 목표가 개발비용 절감과 광전환효율 극대화에 초점이 맞춰져 있는 것을 보면, 광전환 효율이 얼마나 중요한 지 알 수 있다.

최근 각광받고 있는 다결정 박막형 태양전지 분야에서 미국의 Miasole 사가 15.7%의 광전환 효율을 갖춘 태양전지 생산 기술을 획득함을 발표하여, 광전환 효율의 새로운 전기를 마련했다. 또한 집광형 태양전지에서 보잉 또한 39.2%의 광전환 효율을 선보여, 기존 최고 기록이었던 38.5%를 넘어 세계 최고 효율의 집광형 태양전지를 선보였다. 앞으로도 기업들의 광전환 효율을 높이기 위한 태양전지 개발은 활기를 띌 것으로 전망된다.

효율적인 태양전지, 태양광 산업의 핵심

효율적인 태양전지를 개발하기 위한 중요한 열쇠는 당연히도 가능한 많은 양의 햇빛을 전기로 변환하는 것이다. 하지만 태양광 에너지의 스펙트럼에 따라 흡수되는 소재의 종류가 다르기 때문에 100% 효율의 태양전지를 얻는 것은 어렵다. 예를 들어 햇빛 전체 스펙트럼은 약 0.5 eV에서 2.9 eV 범위에 위치함에 비해, 최고의 광전환 효율을 갖는 소재로 알려진 실리콘이 1.1eV 이상의 에너지를 흡수할 수 있어, 광에너지 흡수에는 한계가 있다. 따라서 이론적인 최대 효율은 45%이다.

              신성홀딩스 증평공장, 태양전지 효율을 높이기 위한 연구가 한창이다


국내업체로는 신성홀딩스가 광전환효율 분야에서 경쟁우위를 가지고 선두주자로 나서고 있다. 신성홀딩스는 올해 11월 10일, 19.6%의 광 변환효율을 갖춘 태양전지를 개발하는 데 성공했다고 발표했다. 본 제품은 결정질 태양전지 분야에서 세계 최고 권위를 자랑하는 호주 뉴사우스웨일스대 태양광 · 재생에너지연구소(UNSW)로부터 '세계 최고 광 변환효율' 인증을 받았다.

국내 주요 업체들이 17~18%의 광전환 효율을 가진 태양전지를 양산하는데 비해, 18% 효율의 태양전지를 양산하는 곳은 독일의 큐셀, 중국 선텍, 신성홀딩스 등 손에 꼽을 정도이다.

신성홀딩스가 태양광 효율을 높일 수 있었던 비결은 레이저 도핑 기술이다. 레이저 도핑을 활용하여 태양전지의 원판인 웨이퍼의 전극을 촘촘히 만들어 태양 광전환 효율을 높이는 방식이다. 현재 주요 업체들이 사용하는 스크린 프린팅 방식을 사용하면 전극간 폭은 120 마이크로 미터 수준으로 만들 수 있는데 비하여, 레이저 도핑 방식을 이용하면 20마이크로미터 수준으로 좁힐 수 있기 때문에, 보다 높은 효율의 태양전지를 개발할 수 있을 것으로 보인다.