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태양전지는 태양광에너지, 즉 햇빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것인데, 최근 신재생에너지에 대한 관심이 커지면서 시장 역시 성장세를 거듭하고 있다.
특히 염료감응형 태양전지는 현재 시장을 주도하고 있는 실리콘 태양전지를 대체해 나갈 유력한 차세대 태양전지로 꼽힌다.
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| ▲ 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 작용처럼 색을 입혀 놓은 유리가 태양광에너지, 즉 햇빛을 전기에너지로 바꿔주는 방식으로 전기를 생산한다. |
염료감응형 태양전지는 벽면이나 유리창 등 어디라도 설치할 수 있는 것은 물론 실리콘 태양전지에 비해 제조비용도 적게 드는 게 특징이다. 태양전지 전문제조업체 다이솔 티모는 최근 이 같은 염료감응형 태양전지의 대량생산을 위한 시범 생산라인 구축을 완료, 본격적인 대량생산에 나섰다.
태양광에너지는 화석연료처럼 고갈될 우려가 없고, 이산화탄소 등의 환경 오염물질도 배출하지 않기 때문에 에너지 위기를 해결할 가장 현실적인 에너지원으로 꼽힌다.
현재 태양전지 시장은 1세대에 해당되는 실리콘 태양전지가 주도하고 있으며, 실리콘 박막전지, 염료감응형 태양전지, 유기태양전기, 화합물 박막 태양전지 등이 차세대 태양전지 기술로 평가되고 있다.
실리콘 태양전지는 태양광에너지가 전기에너지로 바뀌는 광전효과를 이용한 것이다. 즉 p형과 n형 반도체를 접합시킨 뒤 태양광을 받았을 때 이들 반도체 사이를 이동하는 전자의 흐름을 통해 전기를 발생시키는 것.
이 같은 실리콘 태양전지의 가장 큰 단점은 반도체에 사용되는 실리콘을 이용함으로써 제조원가가 높고, 햇빛이 태양 전지 표면에 수직으로 비출 때만 최대 효율을 얻을 수 있다는 것이다.
염료감응형 태양전지는 염료와 전해질, 그리고 나노다공질 전극으로 구성돼 식물의 광합성 작용처럼 전기를 생산한다. 여기서 염료는 식물의 엽록소와 같이 태양광을 받아들여 전기를 만들어내는 역할을 담당하고, 나노다공질 전극은 전기의 통로 역할을 수행한다.
한마디로 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 작용처럼 색을 입혀 놓은 유리가 태양광에너지, 즉 햇빛을 전기에너지로 바꿔주는 방식으로 전기를 생산한다. 이 때문에 햇빛이 있는 곳이면 실내외 어느 곳에서든 전기를 생산할 수 있다. 또한 태양이 비스듬히 비추거나 그늘진 곳에서도 일정한 발전이 가능하다.
염료감응형 태양전지는 다양한 색상을 넣거나 투명하게 제작하는 것이 가능해 벽면이나 유리창 등 다양한 형태로 활용할 수 있다. 특히 실리콘 태양전지에 비해 에너지 변환효율이 낮지만 원재료가 싸고 단순 도포장치의 활용으로 제조단가 역시 실리콘 태양전지의 5분의 1에 불과하다.
국내 태양전지 전문제조업체인 다이솔 티모는 최근 염료감응형 태양전지 시범 생산라인을 구축, 내년부터 본격적인 대량생산에 나설 방침이다.
2010년부터 대량생산 나서
현재 관련업계에서는 염료감응형 태양전지 시장이 2010년 1천억원, 2015년에는 1조원 이상의 거대 시장을 형성할 것으로 예측하고 있다.
특히 태양광발전 수요가 급증함에 따라 기존 실리콘 태양전지의 원료인 실리콘이 품귀 현상을 빚고, 이로 인해 가격 상승이 불가피함에 따라 염료감응형 태양 전지의 중요성은 더욱 커질 것으로 전망되고 있다. 일본, 유럽, 그리고 일부 국내 업체들이 염료감응형 태양전지 개발에 사활을 걸고 있는 이유도 여기에 있다.
다이솔 티모는 국내 정보통신업체인 티모테크놀로지가 호주의 염료감응형 태양전지 전문업체인 다이솔과 공동으로 지난해 7월 500만 달러를 투자해 설립한 회사다. 티모테크놀로지는 다이솔 티모에 전자부품 모듈, 그리고 다이솔은 감광염료를 공급하는 역할을 담당하게 된다.
다이솔 티모는 지난달 13일 구축이 완료된 염료감응형 태양전지 시범 생산라인을 이용해 시제품 생산에 나섰는데, 내년부터 본격적인 양산에 들어갈 계획이다. 다이솔 티모는 특히 이 같은 일정이 차질 없이 추진될 경우 향후 1조원 규모로 예상되는 염료 감응형 태양전지 시장에서 주도권을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
문병무 다이솔 티모 대표는 “염료감응형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 생산 원가가 5분의 1 수준에 불과하고 초기 설치비도 저렴해 높은 효율성을 갖추고 있다”며 “본격적인 양산에 돌입하게 되는 내년부터는 새로운 시장을 창출해 나갈 수 있을 것” 이라고 말했다.
효율 높은 탄소나노튜브 전극 이용
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| ▲ 탄소나노튜브 전극은 화학적 안정성이 뛰어나 태양전지의 특성을 유지하면서도 제작비용을 크게 낮출 수 있다는 것이 특징이다. |
다이솔 티모가 이처럼 염료감응형 태양전지 대량생산에 나설 수 있었던 것은 한국전기연구원이 개발한 탄소나노튜브 전극이 있었기 때문이다.
기존 연구실 차원에서 개발됐던 대다수의 염료감응형 태양전지는 전력변환 효율이 낮아 상용화에 큰 어려움을 겪어왔다. 또한 큰 면적으로 셀을 제작하는 것이 어려워 대량생산 역시 힘들었다.
실험실에서 제작되는 작은 단위의 셀 형태로는 8~11%의 고효율을 구현하지만 상용화를 위해 큰 면적으로 제작할 경우 5%의 효율을 넘지 못했던 것. 하지만 다이솔 티모와 한국전기연구원이 개발한 염료감응형 태양전지는 작은 단위의 셀 효율이 8.5%, 가로세로의 길이가 각각 10cm인 대면적 셀의 효율 역시 6%에 달하는 등 본격 상용화가 가능한 것으로 평가되고 있다.
특히 탄소나노튜브 전극은 염료감응형 태양전지에 일반적으로 사용되는 고가의 백금 전극에 비해 가격이 저렴하고, 화학적인 안정성이 뛰어나 태양전지의 특성은 유지하면서도 제작비용을 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다.
<출처 : 사이언스 타임즈> |