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실리콘 나노와이어를 이용한 태양전지

전문가 제언: ○ 지구상에 풍부하게 존재하는 실리콘을 이용한 결정질 실리콘 태양전지는 신뢰성과 효율성이 높으나 실리콘 웨이퍼의 가격이 비싸다. 카드뮴 텔루라이드(CdTe, cadmium telluride), CIGS(copper indium gallium selenide, Cu(InGa)Se2), 비정질 실리콘, 폴리머 등을 기반으로 한 박막 태양전지는 실리콘 태양전지보다 가격이 낮지만 에너지 변환효율이 낮아 전통적인 화석연료에 비해 아직 가격경쟁력이 떨어진다.

○ 현재 태양전지의 주류는 결정질 실리콘 태양전지로 2011년 전 세계 태양전지 시장의 86%를 차지했다. CdTe, CIGS, 비정질 실리콘을 포함한 박막 태양전지는 12%대에 불과하나 2015년에는 20%로 증가할 것으로 전망된다. 2010년 기준 중국·대만이 전 세계 태양전지 생산량의 약 60%를 차지하고 있다. 국내에서는 삼성, LG, 한화그룹 등이 수직계열화를 통해 태양광 사업에 참여하고 있으나 중국, 독일, 일본 등에 비해 상당히 뒤져 있으며, 박막 태양전지 부문은 거의 전무한 상태이다.

○ 태양전지의 경제성 확보를 위해서는 저가의 재료, 광전변환효율의 향상, 비용 효율적인 제조공정의 개발이 필수이다. 나노결정, 나노튜브, 나노막대 등 나노구조 재료는 표면적이 커서 광 흡수율이 높고 효율적인 전하 분리 측면에서 장점이 있다. 특히 전하 수송을 위한 직접적인 경로를 제공하고 표면적이 넓은 실리콘 나노와이어가 유망한 태양전지 소자 재료로 부각되고 있다.

○ 국내에서는 근래 산화아연 나노와이어로 합성된 ‘나노 숲’을 적용한 염료감응 태양전지(KAIST 고승환·성형진 교수), 탄소나노튜브를 이용한 유기태양전지(KAIST 김상욱·유승협 교수), 은 나노와이어를 이용한 고효율 유기·무기 하이브리드 태양전지(부산대 진성호 교수) 등이 개발되었다. 한양대 나노공정연구실 이정호 교수는 저순도 실리콘을 이용한 나노와이어 기반의 태양전지를 개발했으며, 효율이 35% 수준으로 기존의 박막형에 비해 3배 이상 높은 것으로 평가된다. 이러한 성과가 전반적으로 열세에 있는 우리나라의 태양전지 산업을 한 단계 도약시킬 수 있는 토대가 될 것으로 기대한다.

저자: Kui-Qing Peng, Shuit-Tong Lee
자료유형: 학술정보