Solar cell(태양전지) 장단점, 핵심 기술

안녕하세요, 행복한 부자입니다. 지난 포스트에 이어, 이번에는 태양전지의 장단점과 앞으로 개선해야 할 부분이 무엇이 있는지를 살펴보고자 합니다.

[태양 전지의 장단점]
태양전지 기술은 장단점이 매우 명확합니다. 많은 장점이 있음에도 이 단점들이 상용화 확대에 큰 장애물로 작용할 만큼 현재 한계가 분명한 기술입니다. 먼저 장점은 앞서 언급했듯이, 태양의 빛 에너지는 무한하죠. 이 무한대의 빛 에너지는 즉, 전기 발전을 위한 연료의 무한한 공급이 가능하다는 의미로, 신재생 에너지의 선두 주자로 불리게 됩니다. 또한, 태양전지 발전은 전력 생산 과정에서 온실가스를 만들어 내지 않으며, 화석 연료에 따른 환경 오염으로 자유롭기 때문에 친환경적이죠. 또한, 장소와 규모에 구애받지 않습니다. 햇빛만 있다면, 크고 작은 어떤 규모든, 어떤 장소든 전기를 만들어 낼 수 있기 때문에 그 응용성이 매우 뛰어나면서 동시에 태양광 발전 시스템의 운영 비용은 여느 타 신재생 에너지 발전 대비 매우 저렴합니다. 이렇듯 태양광 발전은 여러 장점이 있지만, 몇 가지 단점으로는 상용화에 제한이 걸리고 있습니다. 태양광 발전은 태양이 뜨고 지는 시간에 따른 영향이 크며, 날씨가 좋지 않을 때는 효율이 많이 감소합니다. 또한, 전력 생산량과 필요한 규모가 비례합니다. 대규모 전력 생산이 필요한 경우, 매우 큰 면적이 필요하기 때문에, 도심 지역에서는 활용되기 어렵죠. 또한, 태양광 발전을 안정적으로 활용하기 위해서는 그에 걸맞은 효율적인 에너지 저장 기술이 필요합니다. 대규모 전기를 효과적으로, 효율적으로 저장하는 것은 기술적 난이도가 매우 크기 때문에, 사용에 제한이 따릅니다. 또한, 태양광 발전의 초기 구축 비용이 많이 듭니다. 과거 대비 큰 폭으로 줄어들긴 했지만, 여전히 부담되는 규모이긴 하며, 결정적으로 친환경 에너지라는 타이틀에 걸맞지 않게, 폐기물 관련 환경 오염에서 벗어날 수 없다는 단점이 있습니다. Solar cell을 제조하기 위해서는 여러 화학 물질이 사용되며, 폐기물 또한 이에 따라 환경 문제를 유발할 수 있는 가능성이 있기 때문입니다. 이렇듯, 태양광 발전 기술은 친환경 신재생 에너지에 있어서 큰 역할을 하지만, 기술적, 환경적, 상업적 한계와 도전과제가 명확합니다. 바꿔 말하자면, 이 도전과제를 극복할 경우, 상용화 및 보편화 속도는 더욱 커지겠죠. 

[태양 전지의 핵심 기술]
태양전지는 반도체의 일종이라고 볼 수 있습니다. 때문에, 그 핵심 기술 역시 반도체의 그것과 같은 맥락입니다. 반도체와 마찬가지로 핵심 소재 기술이 가장 먼저 필요합니다. 여러 다양한 종류의 태양전지가 개발 중이며, 저마다 다양한 핵심 소재가 필요하고, 결정형/ 비-결정형 실리콘 및 특수 희토류 원소 등이 사용됩니다. 또한, 빛을 활용하는 반도체임에 따라, 광학 및 전자공학 기술이 필요합니다. 즉, 빛을 효율적으로 흡수하고 전기 전환율을 효과적으로 높이는 데에 중요하죠. 후면 반사, 투명 전극 및 반사율 감소 기술 등의 분야도 필요하죠. 또한, 반도체 제조 시, 효율적인 에너지 흡수를 위한 최적 cell 구조 설계 기술이 필요합니다. 여러 다양한 셀 구성 및 배치 설계, 셀 간의 연결 기술 등이 포함되죠. 또한, 반도체이기 때문에 최적 양산 기술이 필수적입니다. 얇은 박막층을 제조하거나 고체 전해질을 활용하는 등, 반도체 핵심 생산 기술이 필요하죠. 게다가, 낮과 밤이 있는 물리적 한계로 인해, 햇살이 비추지 않는 밤에도 안정적으로 전기를 활용하거나, 도심지로 안전하게 전기를 이송할 수 있는 에너지 저장 기술 및 이송 기술이 필요합니다. 또한, 친환경적인 생산 기술과 폐기물 처리 기술이 필요하고, 동시에 같은 맥락으로 신뢰성, 안전성, 장수명 기술이 필요하기 마련이죠.

[태양 전지의 수명, 재활용, 폐기]
태양전지는 일반적으로 15~20년 정도의 수명을 가집니다. 과거에는 시간이 지날수록 효율은 꾸준히 감소했지만, 현대의 태양전지 셀은 이 기간에 안정적인 성능을 제공합니다. 대부분의 태양전지는 실리콘, 금속, 유리 등의 재활용이 가능한 소재가 큰 비중을 차지하고 있으며, 폴리실리콘 타입의 경우, 재활용 비율이 매우 높습니다. 수명이 다한 태양전지는 산업 폐기물로 처리되어 복잡한 재활용 과정을 거칩니다. 우선 다양한 소재들로 이루어진 Solar cell을 분해하여 재활용할 수 있는 부품들을 선별합니다. 이 분리된 재활용 소재는 재활용 시설로 이송되어 별도 재활용 과정을 거치게 되며, 잔류하고 있는 물질 들 중 환경에 해로운 물질은 별도 처리 과정을 통해 안전하게 폐기 처리되죠. 때문에, 태양전지 기술의 발전을 위해서는 친환경 Solar cell 소재와 제조 기술을 개발하여, 환경 오염 저해 요인을 배제하는 연구가 최우선 사항입니다. 가장 먼저 제조사는 생산자 책임(Producer Responsibility) 원칙 의거, Solar cell의 수명 동안 적법하고 적절한 방법으로 재활용과 안정적인 폐기 처리가 가능하도록 지속해서 개발하고 연구해야 합니다. 동시에, 태양전지의 수명과 친환경적인 폐기 및 재활용 부문에서는 기업과 정부 간의 협력을 통해 그 효과를 극대화할 수 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구 개발과 기술의 혁신을 통해 지속 가능한 신재생 친환경 에너지 발전 기술이 발전해야 합니다.