보잉, 태양전지 효율성 기록 갈아치웠다

보잉-스펙트로랩(Boeing-Spectrolab)은 흡수된 태양광선의 41% 가량을 전기로 변환할 수 있는 태양전지를 개발, 태양전지 비용을 한층 절감할 수 있는 전기를 마련했다. 이에 따라 설치비용 등의 부대비용을 모두 포함하고서도 단위와트당 비용을 3달러 정도로 줄일 수 있는 가능성이 생겼다. 이 비용에 관한 정보는 보잉사와 이번 프로젝트를 후원한 미국 에너지부에서 제공하고 있다. 보잉 산하 스펙트로랩은 서치라이트와 태양광 시뮬레이터(solar simulator)를 공급하는 사업부서이기도 하다. 기존 실리콘 재질의 태양전지의 전기 생산능력은 정부 리베이트를 계산에 넣지 않으면 단위와트당 8달러였다. 목표는 리베이트 및 인센티브를 계산에 넣지 않고, 단위와트당 1달러로 낮추는 것이다. 이번 보잉사 태양전지의 에너지 변환 효율성은 40.7%이다. 미 에너지부는 지금까지 40% 장벽(40 percent barrier)이라 불리는 태양전지 한계를 극복하기 위한 연구활동을 후원해 왔다. 올해 초, 국립 로렌스 버클리 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratories)는 소수의 산소 원자가 결합된 ZnMnTe(zinc-manganese-tellurium: 아연-망간-텔루르)이라는 새로운 종류의 반도체 물질로 만들어진 태양전지를 사용해 흡수된 태양광선의 45%를 전기로 변환할 수 있었다는 보고서를 낸 바 있다. 이 역시 에너지부의 후원을 받고 있는 기술 프로젝트이며, 현재 아리조나 소재 로즈스트리스 연구소(RoseStreet Labs)에 이 기술의 라이선스가 부여된 상태이다. 이 물질이 경제성을 지닌 태양전지로 거듭날 수 있을지는 앞으로 두고봐야 한다. 태양전지 분야에서 대기업에 속하는 샤프솔라(Sharp Solar)는 올해초 36% 변환 효율성의 태양전지를 선보인 바 있다. 샤프솔라의 태양전지는 비실리콘 계열로서, 태양광선을 태양전지 상에 집중시키는 역할을 하는 얇은 렌즈인 집광기(concentrator)를 포함하고 있다. 이 태양전지는 원소 주기율표상 제 3족 및 제 5족 원소 내 원소들로 구성된 분자물질인「III-V족 화합물」로 만들어졌다(이는 반도체 및 광전자 기기에 사용되는 금속계 원소인 갈륨(gallium)과 유사하다). 현재, 상용화된 실리콘 태양전지는 흡수한 태양광선의 22% 가량을 전기로 변환할 수 있는 수준이며 물리학적으로 이들 태양전지의 한계 변환효율성은 기껏 26% 수준에 불과하다. 보잉은 두 가지 기술을 융합함으로써 위 장벽을 어렵지 않게 극복할 수 있었다. 그 중 하나는 태양전지에 집광기 레이어를 포함시키는 것이다. 사실, 집광기를 이용하는 것은 태양전지에 여분의 표면을 추가하는 것과 다르지 않다. 이 태양전지 역시 하나 이상의 물질로 만들어졌다. 사실, 실리콘 태양전지와 태양광선 스펙트럼간 상호작용은 스펙트럼의 일정 영역으로만 한정되어 있다. 따라서 실리콘 이외의 갈륨 비소(gallium arsenide) 등의 물질로 구성된 레이어가 추가되면 태양광선 스펙트럼의 여타 영역의 빛도 에너지로 변환할 수 있게 된다. 이른바 다중접합형 태양전지(multi-junction solar cells)는 제조비용이 단일접합형 태양전지보다 더 많이 든다. 하지만 태양전지 업체들은 앞으로도 높은 제조비용은 태양전지의 전기 산출량에 의해 상쇄될 수 있다는 견해를 유지할 것으로 보인다. 한편 보잉은 태양전지에 사용된 물질이 실제로 무엇인지에 대해서는 언급하지 않았다. @