재생 가능에너지 (9) 태양 전지

1. 태양광 발전 용량: 2015년에 이르러 전 세계의 태양광 발전 용량은 228 기가와트 (GW)에 이르렀습니다. 이는 원자로 228기에 맞먹는 전력량이라고 합니다. 2012년에 100 GW를 넘은 뒤에 3년만에 두배로 늘었습니다. 한국은 4510 메가와트 (MW) 정도 생산해냈습니다. 아직 부족하지만, 앞으로 발전 가능성은 많습니다.

 

2. 태양 전지 개발: 태양에너지는 무궁무진합니다. 그러나 태양 전지가 없으면 태양 에너지를 생산해낼 수 없습니다. 태양열을 전기로 변환시키려면 광전 효과를 내야 합니다. 광전 효과는 반도체에 빛을 쏘이면 전자가 튀어나와 양쪽 극으로 이동하면서 전류가 생성되는 현상을 말합니다.

 

3. 셀레늄을 이용한 태양 전지: 초기 태양 전지는 셀레늄 (Se)을 이용했는데, 효율이 1 - 2%에 불과했습니다. 1954년 미국 밸 연구소가 실리콘 (Si) 기반의 태양 전지를 만들었는데, 효율을 4% 까지 끌어올렸습니다. 현재 태양 전지는 20% 효율대에 마물고 있으며, 가격도 무척 비쌉니다. 네모처럼 생긴 태양 전지는 대부분 실리콘계 결정질 태양전지입니다. 원래 실리콘은 모래에 들어 있습니다. 실리카 (석영 SiO2)에서 산소만 떼어내면 실리콘이 만들어집니다. 그런데 산소를 제거하는 데 엄청난 에너지가 소비되는 게 문제입니다.

 

4. 박막형 태양 전지: 그래서 사람들은 저렴하게 생산할 수 있는 박막형 태양 전지를 개발했습니다. 여기에는 여러 가지 재료가 혼합되어 있습니다. (실리콘 박막 2% + 구리 + 인듐 + 칼륨 + 셀레늄) 박막형 태양 전지는 큰 면적으로 제작할 수 있고, 태양과 직각을 이루지 않아도 됩니다. 그러나 단점으로서 여전히 에너지 효율이 낮다는 게 문제입니다.

 

5. 페로브스카이트 태양전지: 근래에 들어서는 무기계와 유기계를 결합시킨 하이브리드 태양전지가 개발되고 있습니다. 이것이 바로 페로브스카이트 태양전지입니다.  러시아의 광물학자 레프 페롭스키가 천연광석인 티탄산칼슘 (CaTiO3)에서 처음 발견한 것입니다. 현재 스위스 연구팀, 일본 연구팀 그리고 석상일 교수팀은거의 동시에 제각기의 연구 성과를 사이언스 저널에 발표했습니다. 페로브스카이트 태양전지는 에너지 최대 효율이 22.1 %로 기록되어 있습니다. 그런데 단점으로서 납을 사용해야 한다는 점, 습기에 약하다는 점을 들 수 있습니다. 납의 경우 사용량이 적어서 문제가 되지 않겠지만, 수분 제거가 문제입니다. 연구 팀은 캡술 형식의 태양전지를 만들려고 합니다.

 

 

 

 

어쩌면 한국에서 페로브스카이트 태양전지가 가장 빨리 개발되어 2018년부터 상용화되어 추후에 본격적으로 생산 가능할지 모릅니다. 원자력 발전 개발은 이제 멈추어야 합니다.