나노기술 및 정책 정보

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거대 시장으로 성장하고 있는 태양전지(solar cell) 산업의 선점을 위해 세계 각국의 관련 기술 개발 기업들은 자사의 사활을 걸고 태양전지의 효율을 향상시키는 기술 개발을 가속화하고 있다.

미래 태양전지 시장의 수요는 단결정 실리콘을 이용한 태양전지에서 박막형 태양전지(thin-film solar cell)로 이동할 것이라는 전망이 속속 나오고 있다. 일본 야노 경제연구소는 2006년 10월 태양전지 시장에 관한 조사 결과를 발표하면서, 2007년 이후 박막형 태양전지의 생산 증가가 지속될 것이라는 점을 강조한 바 있다. 보고서는 2005년만 해도 결정계 실리콘을 이용한 태양전지가 90% 이상을 점유하여 박막형 태양전지의 점유율은 10% 미만이었으나, 2015년에는 박막형 태양전지 점유율이 20% 이상으로 증가할 것이라고 전망했다.

이러한 태양전지 기술과 관련된 동향에 영국 역시 동참하고 있다. 영국 더햄 대학교(Durham University) 연구진이 주도하는 국가 과제팀은 영국에서 가장 큰 연구프로젝트 중 하나로 광기전 태양에너지(photovoltaic solar energy, PV solar energy)에 투자를 계획하고 있다.

6백만3천 파운드(￡, 1￡=1,872.86원) 상당의 PC-21 프로그램은 자원의 고갈 없이 이용할 수 있으며 적당한 가격에 구매할 수 있는 재료에서 태양열 집열판(solar panel)을 위한 얇은 박막형 태양전지를 만드는데 주력하는 프로젝트이다.

2008년 4월에 시작될 4년에 걸친 PC-21 프로젝트는 영국의 재생 전력 및 공급 이니셔티브인 슈퍼젠 이니셔티브(SUPERGEN initiative) 산하 엔지니어링물리과학연구위원회(EPSRC; Engineering and Physical Sciences Research Council)가 지원할 예정이다. 이 프로젝트에는 더햄 대학교 이외에 7개의 대학이 참여하고, 9개의 산업체가 공동협력 할 계획이다. 이 프로젝트의 중기에서 장기 목표는 최근의 화석 연료 가격 상승을 고려하여 더 경쟁력이 있으며 지속가능한 태양에너지를 만드는 데 있다.

빛 에너지를 전기로 전환시키는데 이용되는 현재의 태양전지(solar cell)는 약 320 ￡/kg의 비용이 소요되는 값비싼 희금속인 인듐(indium) 같은 원소로 만들어진다. 태양전지 생산 비용을 낮추기 위하여 연구팀은 전지의 두께를 줄이는 연구를 수행할 예정이다. 1 기가와트의 전력을 생산할 수 있는 태양 전지를 1 나노미터 수준의 태양 반도체 박막을 제조한다면, 50톤에 달하는 재료를 절감할 수 있다.

또 연구팀은 태양 전지 제작에 이용될 수 있는 지속가능한 저가 재료로 나노기술 및 초박막 실리콘에 염색을 하는 기술 등을 적용하여 태양 광선에서 에너지 포획량을 향상시킬 수 있는 시험을 수행할 계획이다.

더햄 대학교 물리학부 교수인 켄 듀로스(Ken Durose)는 화석 연료 가격의 급등과 최근 영국 정부의 원자력에너지 투자에 대한 발표와 더불어 장기적인 미래 과제로 태양에너지에서 에너지를 생산하는 것이 더 중요해졌다고 밝혔다. 듀로스는 현재는 상당한 양의 전력을 생산하기 위한 대규모 태양전지를 제작하는 데 값비싼 희금속 재료가 10톤 가량 필요하다고 밝혔다. 또 현재 이용되고 있는 재료 중 일부는 20년 이내에 자원이 고갈될 수 있는 경우도 있다. 따라서 보다 더 저렴하고 자원의 고갈 없이 이용할 수 있는 대체 재료 관련 연구가 시급하다고 듀로스는 지적했다. 이외에도 연구팀은 더 적은 재료를 이용하기 위하여 초박박 태양 전지를 만들 수 있는 방안을 강구할 예정이다.

시장의 흐름과 수요를 파악하는 것은 국가 경제에서 매우 중요하다. 화석 연료 가격 상승 및 고갈과 저탄소 경제를 구현하기 위한 재생 에너지 개발은 아무리 강조해도 지나치지 않은 시대가 됐다. 특히 재생 에너지가 갖는 단점, 낮은 효율성과 고가의 시설투자비를 극복하려는 노력이 국가 단위로 필요한 시점이다. 이러한 동향에 부응하여 영국 정부는 국가 단위의 프로젝트를 통하여 태양전지 기술 개발에 적극적으로 참여하는 방법을 선택하고 있다. 과학 기술의 개발을 개인의 몫으로 돌리기보다는 국가가 나서서 지휘하고 있다는 측면에서 영국은 세계 시장에서 선두 위치를 점하는 데 유리할 것으로 평가된다.

 * yesKISTI 참조