2016.07.06

효율성 최대 40% 올리는 태양광 전지 물질 발견··· "생산 쉽고 가격도 저렴"

Lucas Mearian | Computerworld
미 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립 연구소가 태양 전지 재료로 페로브스카이트를 연구한 결과, 효율성을 최대 40%까지 향상시킬 수 있는 물질임을 발견했다고 밝혔다.


옥스퍼드 대학교 교수인 헨리 스나이스가 페로브스카이트 태양 전지 필름이 담긴 유리판을 들고 있다. 페로브스카이트 태양광 기술은 효율성과 비용 측면에서 현재의 기술을 능가할 가능성이 있다. 출처 : 옥스퍼드 에너지

미국 에너지부의 로렌스 버클리 국립 연구소 소속 연구원들이 ‘놀라운 발견’이라고 칭할 만한 성과를 거뒀다. 금속 산화물 페로브스카이트를 관찰한 결과, 태양광 모듈 1개의 에너지 변환율을 최대 40%까지 향상시킬 수 있는 물질인 것으로 밝혀냈다.

해당 연구 내용은 업계 저널인 네이처 에너지에 실렸다.

해당 연구진이 원자력 현미경으로 관찰한 페로브스카이트는 일반 보석류처럼 결정이 다면체로 이뤄져 있다. 페로브스카이트의 입자는 200미크론 수준으로, 결정면의 면각이 안정적인 경우와 불안정한 경우로 나뉘는데, 면각이 불안정한 경우 에너지 변환율이 31%에 달했다. 현재 가장 효율성이 뛰어난 태양 전지의 경우 22%의 에너지 변환율을 보인다. 

버클리 연구소 산하 분자 파운드리 연구소와 인공광합성 공동연구센터 소속 과학자들은 페로브스카이트로 인해 태양 전지 효율성이 향상될 것으로 예상했다.

분자 파운드리 소속 연구원인 시벨 레블레비시는 언론과의 인터뷰에서 “이 물질을 합성해 면각의 효율성이 향상되도록 개발할 수 있다면, 페로브스카이트 태양 전지의 효율성을 크게 높일 수 있다”라고 말했다.


원자력 현미경으로 촬영한 페로브스카이트 태양 전지 입자의 이미지. 페로브스카이트는 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 길을 열어줄 것으로 보인다. 검정색 선이 입자 간 경계를 나타내며, 붉은색 부분은 효율성이 낮은 결정면, 초록색은 효율성이 높은 결정면을 나타낸다. 이 물질을 합성해 고효율 결정면을 개발할 수 있다면 효율성이 크게 개선될 것으로 보인다.

연구진은 페로브스카이트 전지가 탄소 기반 물질에 다양한 금속 물질로 구성된 유기 태양 전지와 마찬가지로 비용이 저렴하고 제조하기 쉬운 편이라고 전했다.

지붕 설치형 등으로 제조되는 대부분의 태양광 모듈은 태양광 변환율이 15~17%에 불과하다. 이 수치는 광자가 태양광 모듈에 흡수되는 비율로, 전류로 얼마나 변환 가능한지를 나타낸다.

연구진은 페로브스카이트 태양 전지의 효율성이 현재 다른 어떤 물질보다 빠르게 향상돼 왔다고 전했다. 처음 연구가 시작됐던 2009년에는 변환율이 3%에 불과했으나 현재는 22%에 달한다. 22%는 결정 실리콘 기반 태양 전지의 번환율과 비슷한 수치다. 결정 실리콘 기반 태양 전지는 현재 가장 많이 제조되고 있다.

한편 GTM 리서치의 태양광 연구 총괄인 MJ 시아노는 에너지 발전소처럼 대형 태양광 시스템을 운영하고 있는 경우, 광전지 모듈이 전체 시스템 운영비의 50% 이상을 차지하기 때문에 효율성 향상과 같은 기술 발전이 이뤄지면 이 비용을 줄일 수 있다고 분석했다.

시아노는 “그러나 앞으로 결정 실리콘 기술을 넘어설 수 있으리라고 장담하기는 어렵다”라면서 “실험실에서 이뤄지는 개발을 통해서는 페로브스카이트의 잠재력을 확인할 수 있을 뿐, 진짜 문제는 따로 있다. 상용 생산이 이뤄지려면 생산성은 높고, 비용은 낮아야 하며, 제품 신뢰성과 수익성이 뒷받침돼야 하고, 태양광 PV 시스템을 20~30년간 사용할 수 있어야 한다”라고 지적했다.

조지 워싱턴 대학교의 태양광 연구소 총괄인 아밋 레논은 페로브스카이트 태양 전지에 대해 낙관적인 전망을 내놓았다. 그는 “(페로브스카이트 태양 전지는) 전도유망한 기술로, 언젠가 페로브스카이트 태양 전지의 광자당 전력 생산량이 현재 시장을 지배하고 있는 실리콘 기반 태양 전지를 넘어설 것”이라고 말했다.

레논은 “그러나 이론적인 효율성뿐 아니라 경제성도 태양광 흡수율을 좌우하는 요소다”라면서 “페로브스카이트는 실험대를 벗어나 수천억 달러 규모의 실리콘 기반 제조업과 경쟁하고, 화석 연료보다도 저렴해진 제품과 겨루려면 아직도 갈 길이 멀다”라고 말했다.

레논은 “버클리 연구소의 연구 등 첨단 기술 연구를 정부가 계속해서 지원하는 것이 중요하다. 이러한 지원을 통해 민간 부문이 새로운 혁신을 일구고 시장 돌파구를 찾는 데 도움을 얻으면 국민들이 전기를 저렴하게 이용하고 전세계가 친환경 전력을 사용할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

레논은 이어 “페로브스카이트 태양 전지를 국가적 산업으로 키우려면 전력 시장을 신규 진입자에게 개방해야 한다”라고 말했다. 그는 “현재 태양광이 화석 연료를 넘어섰다고 해도, 법적 규제와 기술적 문제로 인해 친환경 에너지 시스템이나 분산형 에너지 시스템으로 신속하게 이전하려는 노력이 지연되고 있다”라고 지적했다. ciokr@idg.co.kr



2016.07.06

효율성 최대 40% 올리는 태양광 전지 물질 발견··· "생산 쉽고 가격도 저렴"

Lucas Mearian | Computerworld
미 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립 연구소가 태양 전지 재료로 페로브스카이트를 연구한 결과, 효율성을 최대 40%까지 향상시킬 수 있는 물질임을 발견했다고 밝혔다.


옥스퍼드 대학교 교수인 헨리 스나이스가 페로브스카이트 태양 전지 필름이 담긴 유리판을 들고 있다. 페로브스카이트 태양광 기술은 효율성과 비용 측면에서 현재의 기술을 능가할 가능성이 있다. 출처 : 옥스퍼드 에너지

미국 에너지부의 로렌스 버클리 국립 연구소 소속 연구원들이 ‘놀라운 발견’이라고 칭할 만한 성과를 거뒀다. 금속 산화물 페로브스카이트를 관찰한 결과, 태양광 모듈 1개의 에너지 변환율을 최대 40%까지 향상시킬 수 있는 물질인 것으로 밝혀냈다.

해당 연구 내용은 업계 저널인 네이처 에너지에 실렸다.

해당 연구진이 원자력 현미경으로 관찰한 페로브스카이트는 일반 보석류처럼 결정이 다면체로 이뤄져 있다. 페로브스카이트의 입자는 200미크론 수준으로, 결정면의 면각이 안정적인 경우와 불안정한 경우로 나뉘는데, 면각이 불안정한 경우 에너지 변환율이 31%에 달했다. 현재 가장 효율성이 뛰어난 태양 전지의 경우 22%의 에너지 변환율을 보인다. 

버클리 연구소 산하 분자 파운드리 연구소와 인공광합성 공동연구센터 소속 과학자들은 페로브스카이트로 인해 태양 전지 효율성이 향상될 것으로 예상했다.

분자 파운드리 소속 연구원인 시벨 레블레비시는 언론과의 인터뷰에서 “이 물질을 합성해 면각의 효율성이 향상되도록 개발할 수 있다면, 페로브스카이트 태양 전지의 효율성을 크게 높일 수 있다”라고 말했다.


원자력 현미경으로 촬영한 페로브스카이트 태양 전지 입자의 이미지. 페로브스카이트는 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 길을 열어줄 것으로 보인다. 검정색 선이 입자 간 경계를 나타내며, 붉은색 부분은 효율성이 낮은 결정면, 초록색은 효율성이 높은 결정면을 나타낸다. 이 물질을 합성해 고효율 결정면을 개발할 수 있다면 효율성이 크게 개선될 것으로 보인다.

연구진은 페로브스카이트 전지가 탄소 기반 물질에 다양한 금속 물질로 구성된 유기 태양 전지와 마찬가지로 비용이 저렴하고 제조하기 쉬운 편이라고 전했다.

지붕 설치형 등으로 제조되는 대부분의 태양광 모듈은 태양광 변환율이 15~17%에 불과하다. 이 수치는 광자가 태양광 모듈에 흡수되는 비율로, 전류로 얼마나 변환 가능한지를 나타낸다.

연구진은 페로브스카이트 태양 전지의 효율성이 현재 다른 어떤 물질보다 빠르게 향상돼 왔다고 전했다. 처음 연구가 시작됐던 2009년에는 변환율이 3%에 불과했으나 현재는 22%에 달한다. 22%는 결정 실리콘 기반 태양 전지의 번환율과 비슷한 수치다. 결정 실리콘 기반 태양 전지는 현재 가장 많이 제조되고 있다.

한편 GTM 리서치의 태양광 연구 총괄인 MJ 시아노는 에너지 발전소처럼 대형 태양광 시스템을 운영하고 있는 경우, 광전지 모듈이 전체 시스템 운영비의 50% 이상을 차지하기 때문에 효율성 향상과 같은 기술 발전이 이뤄지면 이 비용을 줄일 수 있다고 분석했다.

시아노는 “그러나 앞으로 결정 실리콘 기술을 넘어설 수 있으리라고 장담하기는 어렵다”라면서 “실험실에서 이뤄지는 개발을 통해서는 페로브스카이트의 잠재력을 확인할 수 있을 뿐, 진짜 문제는 따로 있다. 상용 생산이 이뤄지려면 생산성은 높고, 비용은 낮아야 하며, 제품 신뢰성과 수익성이 뒷받침돼야 하고, 태양광 PV 시스템을 20~30년간 사용할 수 있어야 한다”라고 지적했다.

조지 워싱턴 대학교의 태양광 연구소 총괄인 아밋 레논은 페로브스카이트 태양 전지에 대해 낙관적인 전망을 내놓았다. 그는 “(페로브스카이트 태양 전지는) 전도유망한 기술로, 언젠가 페로브스카이트 태양 전지의 광자당 전력 생산량이 현재 시장을 지배하고 있는 실리콘 기반 태양 전지를 넘어설 것”이라고 말했다.

레논은 “그러나 이론적인 효율성뿐 아니라 경제성도 태양광 흡수율을 좌우하는 요소다”라면서 “페로브스카이트는 실험대를 벗어나 수천억 달러 규모의 실리콘 기반 제조업과 경쟁하고, 화석 연료보다도 저렴해진 제품과 겨루려면 아직도 갈 길이 멀다”라고 말했다.

레논은 “버클리 연구소의 연구 등 첨단 기술 연구를 정부가 계속해서 지원하는 것이 중요하다. 이러한 지원을 통해 민간 부문이 새로운 혁신을 일구고 시장 돌파구를 찾는 데 도움을 얻으면 국민들이 전기를 저렴하게 이용하고 전세계가 친환경 전력을 사용할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

레논은 이어 “페로브스카이트 태양 전지를 국가적 산업으로 키우려면 전력 시장을 신규 진입자에게 개방해야 한다”라고 말했다. 그는 “현재 태양광이 화석 연료를 넘어섰다고 해도, 법적 규제와 기술적 문제로 인해 친환경 에너지 시스템이나 분산형 에너지 시스템으로 신속하게 이전하려는 노력이 지연되고 있다”라고 지적했다. ciokr@idg.co.kr

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