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나노소자특화팹센터, 차세대 집광형 태양전지 국내 최고 효율 달성

나노 분야의 연구개발 지원을 위해 교육과학기술부와 경기도가 지원하여 설립된 나노소자특화팹센터(대표이사 고철기, http://www.kanc.re.kr)는 지난 6일, InGaP(인듐-갈륨-인 화합물)와 GaAs(갈륨-비소 화합물)를 2중 접합한 『고효율 III-V 화합물 반도체 태양전지』를 개발하여 국내 최고 수준인 24.14%의 효율을 달성하였다고 밝혔다.

센터는 2중 접합 태양전지의 원천기술인 단일접합 GaAs 태양전지 효율 역시 세계 최고 수준(25.39%)에 근접하는 23.94%의 효율을 달성한 바 있다.

태양전지는 반도체 특성을 이용하여 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치로 변환 효율이 높으면서, 제조비용이 저렴하고 반영구적으로 사용할 수 있어야 한다.

태양광 발전 시장은 현재 실리콘을 주원료로 하는 1세대 결정형 태양전지가 주로 90% 이상 차지하고 있으나 실리콘 공급 부족과 타 에너지(석탄, 석유, 가스)에 비해 8배나 높은 발전단가 등 경제성이 낮아 태양전지 보급정책에 문제점이 있었다.

이에 반해 센터에서 연구 중인 3세대 집광형 고효율 태양전지는 저비용, 고효율을 달성할 수 있고, 전 세계적으로 시장이 형성되고 있는 신기술이다. 특히, 센터에서 연구하고 있는 GaAs등의 화합물반도체를 주축으로 하는 고효율 태양전지는 높은 가격으로 인해 응용이 제한되어 왔으나 최근 고집광 기술을 접목하여 재료 사용을 급격히 줄이고 효율을 부가적으로 향상시킴으로써 선진국에서는 차세대 태양전지로 주목을 받고 있다.

집광형 고효율 태양전지는 가격이 저렴한 플라스틱 렌즈나 알루미늄 코팅 거울을 이용함으로써 태양광의 집광도가 높을수록 사용면적을 줄일 수 있어 태양전지 모듈 제조단가를 대폭 낮출 수 있다는 장점을 가지고 있다.

예를 들어, 축구장 크기의 실리콘 태양전지가 낼 수 있는 에너지 효율을 그 1/1000의 면적에 해당하는 집광형 태양전지를 가지고도 낼 수 있기 때문에 고가의 반도체 태양전지를 저가의 플라스틱 집광기로 대체할 수 있다.

나노소자특화팹센터 고철기 대표는 "현재 우리나라의 III-V 화합물 반도체 태양전지 시장은 현재 형성 단계이지만 2015년에는 관련 시장규모가 4.5조원을 육박할 것으로 전망되고 있다“고 말했다.

또한, 센터가 보유하고 있는 세계 최고 수준의 화합물반도체 공정 장비와 인력을 활용하여 올해 초『태양전지 프로젝트팀』을 신설하고 본격적인 차세대 태양광 발전 기술 개발에 박차를 가하겠다고 밝혔다.

이를 위해 센터는 경기도와 협력하여 신재생에너지 기술개발 사업을 추진 중에 있으며, 이와 함께 지난달에는 아주대학교와 『태양전지 공동연구센터』를 설립하여 세계수준의 차세대 태양전지 원천기술 조기 확보에 주력하고 있다.