나노기술 및 정책 정보

21세기에 들어와서 지구온난화가 인류사회의 지속가능성을 위협할 정도로 심각해지고 있고, 주요 선진국이 탄산가스 배출삭감의 장기적 시나리오를 만들기 시작하는 중에 일본은 2007년 6월의 G8하일리겐담 서밋의 「2050년에 온실가스(GHG)배출양의 반감을 목표로」라는 성명을 선도했다. 이후 에너지 절약 기술과 함께 클린에너지의 기대는 한층 높아졌다고 여겨진다. 기대 되어지고 있는 기술 중 하나는 태양광 발전기술이며, 이것과 관련된 태양광에 의한 수소생산기술이다.

이 기술들의 재료 · 프로세스 · 디바이스에 관한 근원적 주요과제를 추출하기 위해서 2007년 12월 22일에「태양광을 이용한 클린에너지 생성」워크숍을 개최하였다. 본 보고서는 그 전후의 앙케이트와 가설검증을 포함한 총괄적인 토의내용을 기록하고 그것에 기초한 제언을 정리한 것이다.

 

① 집중적으로 연구개발을 추진해야 하는 분야와 연구과제

「무기태양전지의 개발과제」

▪ 결정 실리콘계/기판 저비용화 · 실리콘 절감화

▪ 박막 실리콘계/광열화(光劣化) 메커니즘해명

▪ 신형 고효율계/ 다접합 구조와 제작 프로세스

「유기에너지 기능재료의 사이언스, 디바이스 물리의 촉진」

▪ 유기PN 활성층의 고기능화 (N형 분자탐색, PN층의 제작·자기조직화 프로세스, 구조제어/비정질·결정), 새로운 정부전하여기(正負電荷励起)·분리기능 시스템 구축

▪ PN활성층의 전도운송현상의 해명, PN활성층/금속계면의 구조적·전자적 해명, 디바이스 물리의 구축과 설계법 확립

▪ 제작 프로세스의 계통적인 연구 (탈진공형, 탈용액형, 도포형, 고체화 프로세스) 열화기능(가역성, 비가역성)의 해명과 방지책, 프로세스 진단용 동적나노계측

「태양열에 의한 수소생성에 관한 사이언스, 디바이스 물리의 촉진」

▪ 광합성 기능의 상세해명, 초고효율 인공광합성의 신원리 발견

▪ 광촉매 재료의 개발 (설계, 밴드 엔지니어링)

▪ 고효율 인공 광소자의 실현 (광촉매 특성, 내구성 향상, 금속 옥소(oxo)착물의 합성,

금속착물 촉매와 반도체 촉매의 융합, 파일럿플랜트 시작(試作)

 

② 태양광발전과 광수분해에 의한 수소생성의 양연구 분야의 브릿지

▪「색소증감 태양전지」와「광수분해에 의한 수소생성」의 양 분야는 그 근거에 입각한 기본원리 (정부(正負)캐리어(carrier)여기(励起)·전하(電荷)분리·유기무기계면 등)을 공유하고 있음에도 불구하고 미국과 유럽과는 달리 종래의 일본에서는 공통의 토론의 장이 거의 없음이 명백하게 되었다.

▪「광수분해에 의한 수소생성」은 미국DOE(에너지청)에서는 에너지 기술로 자리 매겨져 있는데 반하여 일본(신에너지산업기술종합개발기구; NEDO)에서는 자리매김이 불충분하다.

▪ 양자를 에너지 기술로 자리 매기고 개발을 촉진하기 위한 양자간을 연대 융합시키는 프로젝트의 발족이 필요하다. 특히 일본에서는 아카데미아(academia)의 화학과 물리학의 융합이 극히 부족하여 그 점에서도 물리학·화학·전기화학·전자공학 등의 연대, 융합의 연구 추진체제의 정비가 시급하다.

 

③ 기술과제와 일본의 상황을 고려한 이후의 시책

「디바이스 테크놀로지」에 대해서는 유기계, 무기계 태양전지 모두 해결해야 할 문제가 많다. 단, 이 분야에 대해서는 이미 NEDO가 계획적으로 투자를 실시하고 있다.

▪ 무기계 태양전지의「사이언스 및 디바이스 물리」에 대해서는 학술적인 개념정리가 거의 완성되고 있다. 한편 유기계의「사이언스 및 디바이스 물리」에 대해서는 학술적인 기초가 미성숙함에도 불구하고 NEDO의 투자대상에서부터 벗어나 있다. 이 때문에 유기계 태양전지의 설계지침은 취약하고 시행착오의 경계에서 나오지 못하고 있다.  유기계 태양전지의「사이언스 및 디바이스 물리」분야의 대학연구자의 참가를 유도할 필요가 있고 문부성/JST(일본 과학기술진흥기구)와 NEDO와의 보완적 협력을 바라는 바이다.