세상을 바꿀 초고효율 태양전지, 비용 200분의 1로 낮춘다

전기차 에너지 대부분을 태양전지로 충당하는 등 에너지 부문 ‘게임 체인저’ 될 가능성

▲네덜란드 전기자동차 스타트업 라이트이어의 태양전지 탑재 전기차. 사진제공 라이트이어

인공위성에 쓰이는 초고효율의 태양전지 비용을 지금의 200분의 1로 낮추는 기술 개발이 진전을 보이고 있다. 초고효율의 태양전지가 폭 넓게 사용되면 전기자동차 에너지 대부분을 태양전지로 충당하는 등 에너지 부문의 ‘게임 체인저’가 될 가능성이 있다고 25일(현지시간) 일본 니혼게이자이신문(닛케이)이 소개했다.

초고효율의 태양전지는 바로 갈륨비소(GaAs) 소재를 활용한 태양전지를 뜻한다. 이 전지는 태양광을 전기로 변환하는 효율이 현재 주류인 실리콘(Si) 계열 태양전지보다 두 배가량 높지만 제조비용이 너무 높아 인공위성 등 제한된 용도에만 쓰였다. 그러나 비용을 획기적으로 줄이는 기술이 진전되면서 그 용도가 확대될 것이라는 기대가 커지고 있다.

갈륨비소계 태양전지 사용이 보편화하면 하루 수십 km 정도의 시내 주행은 태양전지만으로도 전기차가 달릴 수 있게 된다고 신문은 강조했다. 비용 절감 진전에 따라 이런 초고효율 태양전지를 차체에 1킬로와트(KW) 안팎으로 부착한 4인승 전후의 전기차 개발 사례가 급증하고 있다.

중국 하너지모바일에너지는 미국 갈륨비소계 태양전지업체인 알타디바이시스(Alta Devices)를 2013년에 인수, 그 기술을 활용해 2016년 4가지 컨셉트카를 발표했다. 1일 태양광 충전으로 80km를 달리는 자동차나 태양전지 패널이 주차시 앞 유리를 덮는 자동차 등이다.

실제 제품도 등장했다. 대학 내 태양광 자동차 개발팀에서 유래된 네덜란드 스타트업 라이트이어는 올해 6월 갈륨비소 태양전지를 탑재한 전기차 ‘라이트이어 원’을 개발해 예약 판매를 시작했다. 오는 2021년 납품 예정인 이 차는 완충하고 나서 725km를 주행할 수 있으며 태양전지를 합하면 약 800km로 주행거리가 늘어난다.

일본 도요타자동차도 올해 7월 플러그인하이브리드 차량인 프리우스PV에 샤프의 갈륨비소 태양전지를 부착한 자동차를 발표했다. 이 차는 하루치의 태양광 충전으로 50km 전후를 달릴 것으로 예상되는데 올해 말까지 이를 실증하는 주행 시험을 마칠 예정이다.

일반적으로 일본 자가용의 주행거리는 국토교통성의 2004년 조사에 따르면 하루 평균 약 29km다. 2015년 소니손해보험의 조사에서는 자가용의 약 60%는 주행거리가 하루 평균 19km에 불과했다. 이런 자동차는 2~3일 중 하루만 날씨가 맑아도 초고효율 태양전지로 주행에 필요한 전력 대부분을 충당할 수 있다.

그러나 갈륨비소 태양전지 보급을 가로막은 가장 큰 장애물이 바로 비용이었다. 가격이 1와트(W)당 약 5000~2만 엔이다. 반면 실리콘 태양전지는 50엔 안팎으로 가격 차이는 무려 100~400배에 이른다. 승용차 1대에 구현하는 1KW분의 갈륨비소 태양전지 셀은 가격이 500만~2000만 엔에 이르게 된다.

실제로 라이트이어 원의 가격은 세금 포함해서 약 1790만 엔(약 1억9045만 원)인데 그중 1000만 엔이 태양전지 비용이다.

하지만 최근 이런 높은 비용의 벽을 극복할 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 예를 들어 미국 국립재생에너지연구소(NREL)는 기존 갈륨비소 태양전지보다 비용을 100분의 1로 낮추는 로드맵을 제시하고 있으며 일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)는 200분의 1로 줄이는 것이 목표다.

계획이 실현되면 비용을 실리콘 태양전지만큼 낮출 수 있다. 변환 효율이 가장 큰 장점이어서 향후 갈륨비소 태양전지가 대세가 될 수 있다. 그만큼 전 세계 에너지 문제 완화에도 크게 기여할 수 있다고 닛케이는 강조했다.