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파나소닉, 차세대 태양전지 개량화 성공 가시화 |
| 내구성 극복으로 실용화에 한 발 앞서 |
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파나소닉은 차세대 태양전지의 본류라 할 수 있는 ‘페로브스카이트(perovskite) 태양전지’의 내구성 향상에 성공했다. 페로브스카이트 태양전지는 발명되고 나서 채 10년도 되지 않은 상황에서 보급이 진전된 실리콘계와 어깨를 나란히 할 정도로 변환효율이 급상승하고 있다. 최대 장애였던 내구성 과제 해결에 돌파구를 보임으로써 실용화 가능성도 엿보인다.
파나소닉 첨단연구본부는 스위스연방공대 로잔느교와 공동연구에서 페로브스카이트 태양전지의 내구성을 높였다. 85℃의 환경에서 500시간 연속해 발전시키는 시험을 실시, 빛을 전기로 변환하는 변환효율을 초기효율에 대해 95%를 유지했다. 일반적인 사용 환경으로 계산하면 ‘2~3년에 해당한다’는 것이 연구원의 설명이다.
페로브스카이트는 특수 결정구조의 명칭으로 태양전지로 작동하는 것을 발견한 일본발 기술이다.
한 일본 대학에서 2009년 제작한 페로브스카이트 태양전지의 변환효율은 3% 대였고, 2012년에 10%를 돌파해 세계가 이 연구에 박차를 가해 현재는 20%를 초과하고 있다.
이들과 공동연구를 시작해서 약 3년 만에 21.6%의 변환효율을 제시했고, 양산 수준에서는 24%의 실리콘계 태양전지의 가능성도 도출됐다.
페로브스가이트 태양전지는 기존 태양전지와 비교하면 재료비가 싸고 재료를 기판에 도색해 제작할 수 있기 때문에 제조비용도 낮다. 전기를 만드는 발전 비용을 실리콘계의 ‘2분의1~5분의 1’로 저감하는 장점이 있다.
‘도색으로 제작’함으로써 다양한 제품을 발전에 이용할 수 있는 것도 하나의 매력이인데, 필름, 웨어러블 기기, 창, 건물 벽면, 자동차, 실내 가구 등 태양광 발전의 광범위한 용도에 기대를 모으고 있다.
다만, 내구성이 단점인데, 열화가 빠르고 수 시간에서 수 일 만에 변환효율이 저하되는 구조 왜곡이 그 원인으로 지적돼 결정을 상당히 적합한 크기로 조절할 수 있는 재료를 탐색해 후보군 중에서 금속 루비듐(rubidium)을 선택할 필요가 있다.
이럴 경우 결정 입자가 크게 되어 안전한 구조 및 높은 내구성이 실현될 수 있으며, 결함이 없는 깨끗한 발전층을 취할 수 있어 전기로 출력되기 전에 사라지는 전자가 줄어 효율도 높아진다.
실리콘계를 염두에 두면 20년 간 80% 전후의 효율유지를 구할 수 있다. 내구성 향상과 함께 대형화에도 적용된다. 기판에 도색한 재료를 균일하게 건조시키는 공법이 필요할 수 있다.
지금까지 페로브스카이트 태양전지의 연구 성과는 국가급 연구기관이 발표해 왔지만, 조만간 파나소닉이 태양전지 실용화를 위한 성과 발표를 할 것으로 전망된다.
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