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제조 비용이 저렴하고 얇고 가벼우며 실내에서 발전이 가능하고 시연성이 우수한 차세대 태양전지인 염료감응태양전지의 상용화가 개인 용도의 휴대용 전자기기에 대한 전력원 용도로 드디어 일본을 중심으로 가까워지고 있다. 각 사가 구체적인 목표 시장을 결정하여 연구를 진행하고 있는 가운데 요코하마 토인대학교의 벤처 기업인 Peccell, 후지모리공업, 소화정공의 3사는 다른 기업에 앞서 2009년도부터 전자기기의 배터리 용도로 시장에 진입할 계획을 가지고 있다. 또한 일본 산업기술총합연구소는 전극을 2개로 겹친 셀로 세계 최고의 전력변환효율을 달성하는 등 구체적인 기술개발 성과도 나오고 있다. 이러한 배경에는 염료감응태양전지의 원천 특허가 2008년에 만료되어 상용화를 뒷받침하는 분위기가 조성되었다는 기대가 산업계를 중심으로 있기 때문이며 목표로 하고 있는 제품 용도들은 아래와 같다. - 개인 휴대용 전자기기의 충전용 : Peccell사 iPod용 충전기 시작품 제작 전시 Peccell사 등 3사는 일본 동경에서 금년 2월 말에 열린 제1회 국제태양전지전에 미국 Apple사의 iPod용 염료감응태양전지 충전기를 전시하였다. 염료감응태양전지로 태양광 또는 실내 전등에서 오는 에너지를 전기로 변환시켜 Li 이온전지로 충전하는 방식이다. 3사가 목표로 하는 것은 소형 전자기기의 충전을 위한 개인 휴대제품으로의 적용이다. 3사는 결정 박막태양전지의 기판으로 사용되는 Glass가 아닌 구부릴 수 있는 플라스틱 필름을 전지 기판으로 사용하여 새로운 영역의 태양전지 시장을 노리고 있다. 염료감응태양전지를 제조하기 위한 공정 중에는 염료 흡착을 위한 이산화티타니아 페이스트를 스크린 프린팅 방식으로 코팅한 후 500도 정도의 고온으로 소성을 해야 하는 공정이 있다. 그러므로 기존에는 고온에서 변형이 오는 플라스틱 필름을 전지 기판으로 사용할 수 없으나, 3사는 플라스틱 필름이 변형되지 않도록 상온에서 소성이 가능한 이산화티타니아 재료 개발에 성공하였으며 이와 함께 집전효율이 높은 박형의 투명 도전막을 개발하였다. 이들 재료를 적용함으로써 대형설비가 필요하지 않고 싼값에 생산할 수 있는 얇고 가벼운 태양전지의 개발이 가능하였다. 3사는 2009년도에 양산을 개시하여 2010년도에 연간 1MW를 생산할 계획이며 제조 비용은 기존 태양전지 시장에서 점유율 1위를 달리고 있는 다결정 Si 태양전지에 비교하여 약 80% 싼 120엔/W 정도로 할 방침이다. - 건물의 창호나 외벽 마감재 등의 BIPV용 : 발전을 위해서는 DSSC 셀기준으로 16%정도 필요 건물의 지붕이나 외벽, 창호 등에 설치하여 발전용도를 모색하고 있는 기업은 신일본 석유나 Fujikura이다. 아직은 전지 성능의 문제가 있으나 두 회사의 개발 현황은 다음과 같다. 신일본석유: 전극구조 등을 개량하여 100㎠의 셀에서 7.25%의 광전변환효율. Fujikura: 25㎠의 셀에서 Sharp의 기록(26.5cm2에서 7.9%)에 가까운 광전변환효율. 발전용도의 결정 Si형 태양전지는 모듈변환효율에서 현재 14~15% 대이다. Cell 수준으로는 16%정도는 필요하다. 생산 비용으로는 염료감응태양전지가 우세하지만, 모듈변환효율을 10% 이상으로 높이지 않으면 경쟁에서 어렵다. 각 사에서도 이 부분에 대한 인식은 일치하고 있어 기술개발에 노력하고 있다. - 염료감응태양전지의 신기술 개발 동향 : Tandem형 염료감응태양전지 염료감응태양전지의 광전변환효율을 극대화하기 위한 연구를 활발히 하고 있는 연구소는 일본의 산총연(산업기술총합연구소 ; AIST)이다. 금년 3월에는 2종류의 Glass기판, 이산화티타니아 막을 접합한 Tandem형의 전지를 시험 제작하여 세계 최고의 광전변환효율인 11.0%를 달성하였다. 앞에서 말한 기업체들의 전지는 기판이나 이산화티타니아 막을 하나 밖에 사용하지 않았지만 산총연은 이산화티타니아 막을 고기능화하는 동시에 2종류의 기판이나 막을 직렬로 접합하여 태양으로부터 태양전지가 흡수 가능한 광 파장을 확대함으로써 변환효율의 향상에 성공하였다. 이와 같은 연구를 진행하여 2010년에는 염료감응태양전지의 광전변환효율 15%를 넘는다는 목표를 가지고 있다. 결론적으로 염료감응태양전지 사업화를 선언한 일본 기업은 최근 급증하고 있다. 올해 3월 24일에서 25일 양일간 한국에서 열렸던 PV 2008 Korea에서도 일본의 소니와 마쯔시타 전기의 2008년 시양산 계획 발표(일본의 염료감응태양전지 전문가인 일본 동경대 우치다 교수 발표)까지 포함하면 일본에서만 5개사가 염료감응태양전지 양산을 선언하였다. 이와 같은 배경으로는 염료감응태양전지 원천 특허론자인 그라첼 교수(스위스 연방공대)의 특허가 2008년 4월에 만료된다는 것과 새로운 태양전지 기술로서 염료감응태양전지가 시장에서 기술적 인정을 받았다는 것이다. 염료감응태양전지는 기술의 특성상 지난 수십 년간 우리나라 국가 산업 전반에 걸쳐 성장동력 산업으로 활약해온 LCD, PDP, OLED 등의 디스플레이 산업과 유사한 소재, 공정, 장비 등의 전후방 산업이 밑바탕이 되는 기술이다. 그러므로 우리나라가 기술상 후발주자이긴 하나 기술 성장 가능성은 매우 크며 향후 기술 개발 여하에 따라 디스플레이 산업과 같이 국내 산업에 미치는 파급 효과 역시 매우 클 것이라 사료된다. 이러한 성장 모델을 이루기 위해선 소재, 장비, 공정, 시스템 업체 등의 국내 전후방 산업을 동시 육성할 필요가 있으며 기술 개발 초기 이러한 전후방 산업의 동시 육성은 현재까지도 핵심 재료 및 장비는 수입에 의존하는 디스플레이, 반도체 등의 기존 국가성장동력 산업과는 개발 초기부터 차별화된 산업성장을 이루리라 예상된다. 이와 함께 산업의 특성상 디스플레이, 반도체 산업에서와 같이 다시 한번 일본 업체들과의 치열한 기술 경쟁이 불가피할 전망이다. * yesKISTI 참조 |
