태양전지가 반응하는 파장의 빛에 변환, 1000℃의 열로 발전 효율 40%이상으로
쿄토 대학과 오사카 가스의 공동 연구팀이 태양전지의 발전 효율 (을)를 40%이상으로 높이는 신기술을 개발했다.태양전지의 소재로도 되는 실리콘을 미세한 3 차원 구조로 형성하고 광원을 만든다.이 광원에 1000℃의 열을 더하면, 태양광 중 발전에 이용할 수 있는 파장의 빛만을 방출하는 특성이 태어난다.
쿄토 대학과 오사카 가스가 공동으로 개발한 기술은「열복사(구사) 광원」라고 부른다.이 광원에 1000℃정도의 열을 더하면, 태양광 중 파장이 짧은 가능 시광～근적외선만을 방출한다.태양광의 스펙트럼(분광 분포) 중(안)에서, 태양전지로 발전할 수 있는 것은 가시광선～근적외선이 좁은 범위에 있는 파장의 빛 뿐이다.열복 사광원으로부터 방출하는 가시광선～근적외선을 태양전지에 맞히는 것으로, 통상과 비교해서 2배 이상의 효율로 발전할 수 있다(그림 1).
그림 1 「열복사 광원」에 열을 더하면 태양전지를 발전할 수 있는 빛만을 방출.출전：쿄토 대학, 오사카 가스
열복사 광원은 태양전지의 소재에도 사용되고 있는 실리콘(Si)을 미세한 3 차원 구조로 형성해 만든다.이산화 규소(SiO2) 위에 막대 모양의 실리콘 (을)를 규칙적으로 쌓아 올린「3 차원 포토 닉 나노 구조」이다(그림 2).막대 모양의 실리콘의 직경은 200나노미터(=0.2미크론) 정도다.
그림 2 열복사 광원의 포토 닉 나노 구조.Si-Rod：규소봉, SiO2：이산화 규소, nm：나노미터(=10억분의 1미터).출전：쿄토 대학, 오사카 가스
3 차원 포토 닉 나노 구조로 만든 열복사 광원에 태양광을 모아 1000℃에 가열하면, 광원으로부터 방출하는 빛의 파장은 1미크론 이하의 가시광선～근 적외선의 영역에 집중한다(그림 3).이 상태로 태양전지가 광원으로부터 빛을 받는 것에 의해서, 거의 모든 빛을 발전에 이용해 전력으로 변환할 수 있다.
그림 3 포토 닉 나노 구조를 이용해 가시광선～근적외선의 빛을 강하게 방출.μm：미크론(=100만 분의 1미터).출전：쿄토 대학
통상의 태양광에는 발전에 이용할 수 없는 넓은 범위의 파장의 빛이 포함되어 있다(그림 4).이 때문에 태양광의 에너지를 태양전지로 전기 에너지에 변환으로 오는 비율은 20%정도에 머물러 버린다.열복사 광원을 사용해 태양광의 스펙트럼을 특정의 파장의 빛에 집약하는 것으로, 태양광으로부터 전기 에너지에 변환 성과 비율은 40%이상으로 향상한다.이 기술을 실용화할 수 있으면, 태양광 발전의 과제인 발전 코스트의 대폭적인 저감으로 연결된다.
그림 4 태양광 스펙트럼을 좁은 대역의 파장에 집약하는 효과(화상을 클릭하면 확대).μm：미크론, a.u.：임의 단위.출전：쿄토 대학
열원에는 태양광의 열에너지 외에, 화석연료의 연소열을 이용할 수도 있다.재생 가능 에너지와 화석연료의 하이브리드에 의한 고효율의 발 전기술도 생각할 수 있다.쿄토 대학과 오사카 가스는 계속해 열복사 광원을 사용한 태양광 발전 기술의 개량에 임해, 조기에 기술을 확립시킬 방침이다.
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1701/05/news014.html
