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 광섬유(Optical-fiber) 기술을 일부 차용한 태양광포획 기술을 통해 보다 많은 전기를 생산할 수 있을 것으로 보인다. 캘리포니아 산타바바라(Santa Barbara)에 위치한 Solar3D사는 광섬유 기술에 사용되는 광포획 개념을 차용하여 일반 실리콘 태양전지보다 효율적인 전지를 만들고자 계획하고 있다. Solar3D사는 3차원 설계를 통해 깔때기와 같이 태양광을 실리콘으로 집중시키고, 포획된 상태를 유지시킬 수 있어 보다 많은 전기로 변환이 가능하다고 말하고 있다.
실리콘 태양전지는 이론적으로 변환할 수 있는 최대 효율이 29%이다. 그러나 오늘날 판매되는 태양전지판의 효율은 15~18% 수준이다. Solar3D의 CEO인 Jim Nelson은 “이번 새로운 설계와 관련하여 정확한 효율값을 갖고 있지는 않다. 그러나 이러한 기술을 통해 실리콘의 이론적 효율에 근접할 수 있을 것이라 생각한다. 누구도 실리콘을 이용하여 이론적 최대치인 29%에 도달할 수 없지만 우리는 가능한 최대 효율에 가까워지길 원하고 있다.”라고 밝혔다.
Solar3D는 실리콘 태양전지의 효율을 감소시키는 다음의 2가지 문제를 해결하기 위해 3차원으로 설계하였다. 첫 번째, 태양전지판에 도달하는 태양광 중 30%는 반사되어 사라진다는 점이다. 두 번째, 태양광이 실리콘에 도달했을 때 많은 전자들이 외부회로로 이동하기 전에 소재에 재흡수 된다는 것이다. 따라서 새로운 설계는 상부 집광층에 채널(Channels)을 두고 있다(그림참조). Nelson은 실리콘다이옥사이드(Silicon Dioxide)이나 다른 유사한 물질로 만들어진 이 채널이 태양광을 아래로 향하게 만들어 반사되는 것을 막는다고 말한다. 하부층은 마이크로미터 크기인 3차원 구조 어레이(Array)로 되어 있으며, 광섬유에서 전기에너지나 신호를 전송하기 위한 일종의 전송로인 도파관(Waveguides)을 모방하여 태양광을 포집하고 있다. Nelson은 이러한 3차원 구조로 인해 광자가 가능한 많은 전자를 만들 때까지 빛을 산란시킬 수 있다고 말한다. 그는 “이러한 현상이 발생할 수 있는 곳에서 가장 가까운 위치에 접점을 두었기 때문에 전자들이 매우 멀리 이동할 필요가 없다.”라고 덧붙였다.
이와 유사한 많은 광포집 개념들이 이미 존재하고 있었다. 광섬유 기술에서 차용한 또 다른 기술로는 죠지아 공대(Georgia Tech)가 광섬유 주위에 염료감응형 태양전지(Dye-sensitized Solar Cell)를 둘러싸게 만든 광섬유 태양전지가 있다. 그러나 Nelson에 따르면 Solar3D의 태양전지는 일반 실리콘 물질을 사용하기 때문에 현재의 제조설비를 그대로 활용하여 생산이 가능하며, 현재의 모듈에 맞춰질 수 있다는 장점이 있다.
Solar3D사는 이제 시작단계에 있는 회사이며, 벤처 투자자들이 태양에너지 기술에 높은 초기비용을 지원하기 주저하고 있는 시기에 사업을 시작하고 있다. 그러나 특별히 벤처자금을 모색하고 있지는 않다. 대신 Nelson을 포함한 재생가능에너지에 대한 열정을 가진 개인 투자자들이 지원하고 있다. 애널리스트들은 Solar3D의 성공이 일반 결정질 실리콘 제조공정 기술과 경쟁할 수 있는가에 달려 있다고 말한다. Lux Research의 애널리스트인 Matthew Feinstein는 “새로운 기술들이 시장에서 발판을 마련하기는 매우 어려운 상황이다. 이들 기술들과 관련된 어떠한 증명된 기록이 없기 때문에, 상업적 수익을 얻을 수 있는가가 주된 문제가 되고 있다.”라고 말한다. Frost & Sullivand의 애널리스트인 Georgina Benedetti는 기존대비 높은 효율을 제공하는 Solar3D와 같은 기술들이 태양발전을 더욱 경제성 있게 만들기 때문에 유익하다고 말한다. 그러나 그녀는 “일반적으로 태양발전 산업과 관련한 난관 중 하나는 중국의 제조업체들과 경쟁하는 일이다.”라고 말한다. 중국에서 생산되는 저가의 태양전지는 태양발전 시스템의 가격 붕괴를 이끌어 냈고 이로 인해 Solyndra사가 문을 닫았다. Solyndra는 캘리포니아에 위치한 태양전지판 제조사로 미 에너지부(Department of Energy, DOE)의 지급보증을 지원받았으나 최근 파산을 선언하였다.
그러나 Nelson은 이러한 부정적 가능성에 대해 크게 생각하고 있지 않다. 그는 새로운 3차원 설계와 현재의 태양전지 인프라와의 호환성(Compatibility)에 자신감을 갖고 있다. 그는 “새로운 기술의 접근방식은 대량 생산체계를 염두에 두고 있다. 우리 목표는 경쟁력을 갖게 만드는 것이다.”라고 말했다. Solar3D는 2011년 말까지 시험 제품을 제작할 예정이다.
출처 : http://www.technologyreview.com/energy/38616/ |