새로운 태양 전지판 세트가 실험실에서 47%의 효율성을, 실제 환경에서 39.2%의 효율성을 보이며 세계 기록을 세웠다. 태양 전지 패널의 효율성은 패널이 태양 에너지를 사용 가능한 전기로 변환하는 양을 측정한 것이다.
미국 골든 콜로라도에 있는 NREL 과학자들이 개발한 6접점 태양 전지판 세트가 현재로서는 세계에서 가장 높은 효율성을 기록하고 있다. 이 전지판이 만들어지기 전 시중에서 팔리던 태양 전지판 중 효율이 가장 높은 것은 22.8%에 그쳤다. 대개는 17~19% 정도의 효율을 보일 뿐이었다.
연구진은 우선 햇빛이 태양광 전지와 상호작용할 때 생성되는 전류를 측정해 태양광 효율을 결정한다.
2010년 이후 태양 전지판의 효율은 매년 약 0.5% 수준만 증가할 뿐이었다. 태양 전지판의 효율성을 결정하는 요소는 크게 세 가지인데, 전지판 재료 구성 요소, 열역학 효율, 그리고 반사율 효율이다.
태양 전지판 한 개의 효율은 17%에 불과하다. 그 말은 태양의 빛 중 83%는 다른 표면에서 반사된다는 뜻이다. NREL의 과학자들은 6개의 태양 전지를 쌓아서 태양 전지판의 효율을 대폭 증가시켰다. 이렇게 개발된 태양광 기술은 다접합 태양 전지의 탁월한 잠재력을 보여준다.
NREL 팀은 기록 설정 셀을 만들기 위해 광범위한 광흡수 특성을 가진 III-V이라는 재료를 사용했다. III-V는 그룹 V에 그룹 III의 주기율표 요소를 결합해 만든 합금 제품이다.
6개 접합부에 있는 모든 셀은 태양 스펙트럼의 특정 부분에서 빛을 포착하도록 특별히 설계됐다. 연구진은 접합부의 성능을 지원하기 위해 총 140개의 III-V 재료를 사용했다.
NREL III-V 다접합 그룹의 과학자이자 이번 연구의 공동 저자인 라이언 프랑스는 "6개의 접합 태양 전지는 PV 기술의 특수 고효율 시스템인 집광형 태양열 발전(CPV)에 사용하기에 이상적이다. 이 기술은 비용을 줄일 뿐만 아니라 반도체 재료도 덜 사용하는 방식이다"라고 설명했다.
태양광 기술의 효율성이 높아진다면 앞으로 패널의 크기는 작으면서도 동일한 수준의 에너지를 생산하는 태양 전지판이 만들어질 수 있다. 그 덕분에 소비자들은 더 저렴하고 작으면서 효율성은 높은 태양 전지판을 구입할 수 있다.
미국에서는 지난 10년 동안 태양광 설비의 가격이 70% 가까이 떨어졌다. 평균 크기의 주거용 태양광 기술 가격은 4만 달러(약 4,868만 원)에서 1만 8,000달러(약 2,190만 원)로 떨어졌다. 앞으로 더 저렴하고 효율적인 태양 전지판이 만들어진다면 태양광 기술에 대한 소비자들의 관심도 더 높아질 것이다.
NREL 연구진은 “효율성 50%를 달성하는 데 주요 장애물이 전류 흐름을 방해하는 광전지의 저항 장벽을 줄이는 것”이라고 말했다.
미국에서는 총 재생 가능한 에너지 소비량의 14.9%가 태양광 발전 에너지다. 태양광 발전은 수력 및 풍력에 이어 세 번째로 중요한 재생 에너지다.
유럽태양광산업협회(EPIA)의 데이터에 따르면 태양광 발전 용량이 가장 높은 나라는 독일로, 3만 2,411MV의 태양광 PV를 설치했다. 다음은 이탈리아로 1만 6,361MV를 설치했다. 이어서 중국(8,300MV), 미국(7,777MV), 일본(6.914MV), 스페인(5,166MV), 프랑스(4,003MV), 벨기에(2,650MV), 호주(2,650MV), 체코(2.071) 등이다.
미국의 태양광 재단에 따르면 2018년에 미국 태양광 산업이 24만 9,983명의 근로자를 고용했다. 2019년에는 24만 4,340명의 근로자를 고용했다. 태양광 관련 근로자 중 여성은 26%다. 가정용 태양 전지판의 수는 2024년까지 두 배 이상 늘어날 것으로 예상된다.