에너지연-표준연, 1차 기준 태양전지 교정기술 개발

전 세계적으로 환경 친화적인 재생에너지의 중요성이 부각되면서 지난 10년간 태양광 시장이 급속히 성장했다. 2010년에는 전년 대비 무려 100%의 성장세를 과시했으며, 올해 시장규모는 500억달러로 메모리 반도체 시장을 추월할 전망이다.

국내에서도 많은 산업체들이 태양광의 핵심인 태양전지 사업에 참여하고 있으며, 2020년에는 메모리, 시스템, 광소자를 포함한 전체 반도체 산업의 규모를 넘어설 것으로 예상된다.

태양광 산업의 급속한 성장에도 불구하고 신뢰성 있는 태양전지 성능 평가가 독자적으로 이루어지지 못해 국내 관련 산업계의 경쟁력 향상에 걸림돌로 작용해 왔다.

이를 해결하기 위해 한국에너지기술연구원(KIER, 황주호 원장)과 한국표준과학연구원(KRISS, 김명수 원장)은 공동으로 미국, 독일, 일본 등 태양광 기술 선진국과 대등한 수준의 ‘1차 기준 태양전지 교정기술'을 개발하는데 성공했다.

KIER와 KRISS 공동 연구팀은 솔라 시뮬레이터의 절대복사도 측정방법과 미분 분광감응도 측정방식을 활용해 세계선도 기관과 측정 일치도가 99.5% 이상인 ‘1차 기준 태양전지 교정기술'을 확보하게 되었다.

1차 기준 태양전지는 태양전지 중 가장 높은 정밀도를 가지고 있어 시험기관이나 생산 현장에서 사용하는 태양전지의 성능을 평가하기 위한 비교기준으로 사용되며 신뢰성에 절대적인 영향을 미친다.

그 동안 우리나라는 태양전지 성능을 비교하기 위해 외국에서 교정한 1차 기준 태양전지나 성능이 알려진 다른 태양전지에 의존해 측정의 신뢰도 부족이 문제점으로 지적되었다.

그러나 KRISS가 확보하고 있는 분광복사 조도 교정용 표준전구와 분광감응도 교정용 실리콘 광다이오드 기준을 KIER의 솔라 시뮬레이터에 공급하여 측정한 결과 독일 국가표준기관의 결과와 일치했다.

KRISS 이동훈 박사는 “국가 측정표준 확립 및 보급과 태양광을 연구하는 최고의 기관들이 서로 협력하여, 국가가 반드시 확보해야 할 인프라 기술을 개발한 사례로 그 의미가 더욱 크다"고 밝혔다.

공동연구팀은 이번에 확보한 1차 기준 태양전지 교정기술을 바탕으로 국제규격으로 정해진 2차 기준 태양전지를 표준 기준물로 개발하여 국내 산업체와 시험기관에 보급하고 교정하는 서비스를 제공할 예정이다.

연구책임자인 KIER 윤경훈 박사는 “이 기술을 통해 최근 태양전지 기술개발과 생산에 박차를 가하고 있는 국내 태양광 산업에 세계 최고 수준의 성능평가 서비스가 제공될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

또한, 1차 및 2차 기준 태양전지 교정에 관한 국제적인 라운드로빈 테스트를 관장하는 세계태양전지눈금(World Photovoltaic Scale: WPVS)에 참여하여 국내에서 생산되는 태양전지 제품의 성능평가 신뢰도를 제고하는데도 기여할 예정이다.

지식경제부 기술혁신사업(신재생에너지 기반구축사업)으로 실시된 이번 연구는 태양전지 성능평가 기술의 자립성을 확보하여 국내 태양광산업의 수준을 한 단계 끌어올렸다는 점에서 큰 의미를 가진다.

<출처: 한국표준과학연구원>

공정 적용 고순도 수소생산 공정이 국내기술로는 처음으로 상용화된다. 한국에너지기술연구원(원장 황주호)은 3월 10일 석유화학 공정 등의 부산물인 혼합가스를 원료로 고순도  수소를 생산하는 수소PSA 공정을 개발해 국내 기술로는 첫 상용화에 성공했다고 밝혔다.

조순행 박사 연구팀이 불순물인 일산화탄소를 선택적으로 제거하는 새 흡착제를 개발해 공정에 적용한 것. 최적화된 공정 설계기술로 수소 회수율 80% 이상의 고순도 생산 기술을 확보했다.

이번 개발된 수소PSA 플랜트는 전남 여수공단의 덕양 에너젠에 설치됐으며 인근 에틸렌 공장의 제품 생산 부산물인 혼합가스를 원료로 시간당 최대 5,000 노멀 입방미터(Nm3)를 처리해낸다.

연구원관계자는 “지난해 10월부터 실제 운전 결과 1 입방미터 부피의 흡착제가 1시간 기준으로 생산량은 290 Nm3/m3・h로 외국에서 수입해 설치된 기존 공정보다 월등하다”고 전했다.

이어 연구원관계자는 “각국의 대체에너지 기술 경쟁이 치열한 가운데 청정에너지 수소는 복잡한 생산 공정을 거치는 데다 많은 에너지 소비로 경제성 확보와 대량 생산이 어려운 현실”이라며 “이번 설치 규모로 국내 석유화학 공정 등 10곳에 적용하면 연간 약 150억원 에너지소비 비용을 절감하고 해외 시장까지 고려하면 연간 약 500억원 수입 대체 효과를 얻을 수 있다”고 덧붙였다.

지경부 에너지기술개발사업 시범적용사업인 이번 연구 수소PSA 플랜트는 각종 수소가 포함된 석유화학산업 배출 가스 정제에 적용이 가능하며, 연료전지 연료 등 수소에너지, 화학, 금속, 철강, 반도체 등 산업 전반에 걸쳐 고급 수소 공급 기술로 적용할 수 있다.