태양전지의 효율 향상을 약속하는 새로운 기술들

다수의 기술적 진보가 새로운 태양 전지에 대한 해법들을 제시하고 있다. 만약 기술들이 상업화된다면 대량의 태양빛으로부터 전기를 생산할 수 있을 것이다. 기술들은 태양 전지의 표면에서부터 태양 전지의 중심까지 모든 분야에 관련되어 있어 선도기관에서 시작하여 점차 확산되고 있다.
지난 11월에 렌셀리어 폴리테크닉 연구소(Rensselaer Polytechnic Institute, RPI)의 연구자들은 어떤 각도에서도 태양빛의 모든 스펙트럼을 포획하는 비반사 코팅(Antireflective coating) 기술을 개발하였다고 발표하였다. 연구자들은 비반사 코팅처리가 되었으며 대략 100나노미터의 두께를 가지는 7개의 층으로 스택을 제조하였다. 각각의 층은 나노규모의 막대들로 구성되어 있으며 비스듬한 각도로서 모든 방향을 대처할 수 있다. 이와 같은 배열을 통해서 각각의 층은 층의 비반사 품질들을 향상시킬 수 있으며 그 결과로서 매우 높은 효율로 태양빛을 포획할 수 있게 된다. 이 연구는 미국 에너지부 산하의 기초 에너지 과학(Office of Basic Energy Sciences)의 지원으로 진행되었다.
매사추세츠 공과 대학(Massachusetts Institute of Technology, MIT)의 연구자들은 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 비슷한 접근 방식을 채용하였으나 초경막 실리콘 태양전지 개발에 더 많은 노력을 기울였다. 연구팀은 전지의 정면에 비반사 코팅을 적용하였으며 반사 코팅, 회절 격자(diffraction grating) 단층들을 뒷면에 덮었으며 전지안에 태양빛을 가둠으로써 에너지 전환 효율을 최대 50%까지 향상시켰다. 전지의 앞면에 적용되는 또 다른 새로운 기술은 서노비아 에너지 테크놀로지 주식회사(Sunovia Energy Technologies, Inc.)와 에피르 테크놀로지 주식회사(EPIR Technologies, Inc.)가 개발하고 있는 나노크기의 크리스털 입자들이 포함된 유리 세라믹 물질이다. 개발되고 있는 유리 세라믹 물질은 빛을 투과시키나 투과된 빛에 포함되어 있는 자외선을 가시관으로 전환시킨다. 이 물질은 딱딱한 태양광 모듈들에 사용될 수 있으며 이들의 전환 효율을 향상시키게 된다.
태양 전지 자체에 대한 연구들도 활발하게 진행되고 있다. 미국의 오하이오 주립 대학(Ohio State University, OSU)의 연구자들은 태양광의 모든 부분을 포획할 수 있는 태양 전지 물질을 개발하고 있다. 몰리브덴, 티타늄 등의 금속 물질들과 결합되는 전기 전도성 플라스틱인 이 물질의 경우 태양 전지 기능 측면에서는 아직 개발해야 될 부분이 많이 남아 있다. 그러나 전자들의 생산 능력, 상대적으로 장시간 동안 활성화된 에너지 상태를 유지하는 능력 등, 태양 전지 물질로서 이용할 수 있는 성능이 매우 우수하다. 더 나은 성능을 가지는 태양전지 물질들을 개발할 수는 있으나, 아직까지 이들보다 더 좋은 성능을 가지는 태양전지 물질들이 발견되지 않은 상태이다.
또 다른 연구 프로젝트는 최근 발표된 유기 물질들의 개발 연구이다. 이 연구는 아이비엠사와 하버드 대학이 공동으로 진행하며 전세계의 개인용 컴퓨터를 이용하여 태양 전지에 적합한 유기 물질들을 개발하게 된다.