투명 분무형 태양전지의 개발
최근 미국의 New Energy Technologies사는 어떠한 유리표면에도 분무살포 할 수 있는 투명한 태양전지를 개발하였다.
원리는 태양전지로부터 모든 금속성분을 성공적으로 제거하는 것을 이용하였다. 즉, 음성 극성접촉(polar contact)을 유발하는 태양전지 내 금속성분을 제거한 것이다. 그리고, 이들 금속성분을 투명한 환경친화적 성분으로 대체하였다.
New Energy Technologies의 CEO 이자 사장인 Meetesh V. Patel에 따르면, 유리 위에 직접적으로 태양발전을 위한 코팅을 분무할 수 있는 기술의 개발은 투명성을 방해하는 금속성분을 환경친화적인 투명한 성분으로 대체하는 혁신기술의 최고봉에 섰음을 의미하고, 전기를 생산할 수 있는 투명 유리창의 개발에 있어 중요한 진전을 이루었음을 의미한다고 밝혔다.
현재의 태양전지는 실리콘 웨이퍼(silicon wafers)로 대부분 제작되어, 비싸고 깨지기 쉬운 성질을 갖는다. 그리고, 최근에 개발된 저가의 박막 태양전지는 초진공 및 고온의 생산공정을 요구한다. 또한, 이 두 기술들은 개발된 분무형 기술 대비 완성에 오랜 기간이 걸리는 단점이 있다.
이번에 새롭게 개발된 초소형 태양전지는 전세계에서 실용화 가능한 것 중 가장 작은 것으로, 쌀 알갱이의 1/4 수준이다. 또한 이 초소형 태양전지는 햇빛에 존재하는 가시광선 영역의 스펙트럼에서 전기를 생산할 뿐만 아니라, 형광등과 같은 인공 빛에서 발생되는 가시광선에서도 전기를 생산할 수 있다.
이 전지의 성능은 인간의 머리카락의 1/1000 수준의 초 박막 필름의 개발을 가능하게 해준다. 반대로, 기존의 박막필름은 지수적인 증가로 인하여 수 마이크로미터의 두께를 가짐으로써 투명성을 방해한다.
Patel 에 따르면, 상업적 관점에서 이 새로운 분무기술은 태양에너지 창(Solar Window) 관점에서 제조의 장점을 갖는데, 이에는 가격의 절감, 생산속도의 증가 및 상온 증착과 같은 기존의 상업화에 있어 장애물을 뛰어넘었다는 것이라고 한다.
그는 이 기술은 햇빛에 직접적으로 노출되는 것이 한계를 갖거나 불가능한 지역에 적용될 수 있는 특징을 갖는데, 이는 이 초소형 태양전지가 자연 및 인공적 광선의 조건에서 모두 전기를 생산할 수 있는 특별한 능력을 실증하였기 때문이라고 주장하였다.
이러한 분무형 기술은 최초의 기술은 아니다. 나노 입자 잉크와 같이 지붕 및 표면을 코팅할 수 있는 기술이 현재 연구되고 있다. 그러나, 나노 입자 잉크는 유리창에 적합하지는 않다.
미국 에너지 정보국(Energy Information Administration)에 따르면 미국 내에는 5백만 개의 상업용 건물이 있다고 한다. 이 기술이 적용 가능하다면, 분무형 태양전지는 설치의 용이성으로 인하여 현재 벌어지고 있는 태양발전의 동향을 바꿀 수 있다. 이 투명전지는 현재 기술특허 등록 중이라고 한다.
Researchers Make Breakthrough in Transparent Spray-On Solar
Written by Jerry James Stone
Posted in alternative energy, solar energy
New Energy Technologies–who introduced us to harvesting energy from roadways–has developed transparent solar cells which can be sprayed onto any glass surface.
How? They successfully removed all metals from the solar cell. A huge challenge as the metal component in the cells act as a negative ‘polar contact.’ And they replaced those metals with an eco-friendly compound: one you can see through!
“The ability to spray solar coatings directly onto glass follows on the heels of our recent breakthrough which replaced visibility-blocking metal with environmentally-friendly see-thru compounds, and marks an important advance in the development of our see-thru glass windows capable of generating electricity,” announced Meetesh V. Patel, president and CEO of New Energy Technologies.
Current solar cells are largely made of silicon wafers, an expensive and brittle material. And newer, low cost thin film solar requires both a high-vacuum and high-temperature production. Techniques that are much slower than a spray-on solution.
These ultra-small solar cells are, in fact, the world’s smallest in use. They are less than 1/4 the size of a grain of rice. And New Energy’s ultra-small solar cells generate electricity not only from the visible light spectrum found in sunlight but also by using the visible light found in artificial light, such as fluorescent lighting.
The performance properties of these cells has enabled development of an ultra-thin film that’s 1/1000th the thickness of a human hair. In contrast, conventional thin films are exponentially thicker, measuring several micrometers thick and inhibiting transparency.
Patelsaid, “In commercial terms, this new spray technology could translate into important manufacturing advantages for our SolarWindow, including significant cost-savings, high-speed production and room-temperature deposition – common barriers to commercial success for innovative solar technologies.”
“I’m particularly impressed by the potential application of this technology in areas where direct exposure to sunlight is limited or unavailable, since these ultra-small solar cells have demonstrated a special ability to generate electricity in both natural and artificial light conditions,” he added.
This, of course, is not the first time we have seen spray-on solar. Nanoparticle ‘inks’ are being researched for coating rooftops and other surfaces. Obviously they aren’t ideal for windows.
There are nearly 5 million commercial buildings in America, according to the Energy Information Administration, and more than 80 million single detached homes. The ease of installation with spray-on solar could definitely be a game changer.
This transparent process is currently pending a technology patent.
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Source: BuisnessWire
참고용 그림
The fabrication process of miniature solar cell array. Start from (1) a clean ITO on glass substrate, followed by (2) spin-coating photoresistance, (3) development of desired pattern by photolithography, (4) etching off the unwanted ITO, (5) washing off the photoresistance, (6) spin-coating active layer (P3HT:PCBM), (7) clean off excessive material, (8) deposit cathode via shadow mask.
Upper panel: schematic of a single organic solar cell with bulk heterojunction structure. Lower panel: current-voltage characteristics of single cell made with P3HT:PCBM mixed with weight ratio of 1:1 under simulated AM1.5G, radiation at 132.6 mW/cm2. The active layer was spun-coat on patterned ITO substrate at 800 rpm, with a final thickness of about 200 nm. Post-device thermal annealing at 120 °C for 5 min was done before the I-V measurements.
OPV 유연한 배열 (상단 패널)과 PET기판 (하단 패널)에서 실제 장치의 개념적 그림
Source : KISTI, cleantechnica.com, jrse.aip.org
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