샤프가 차세대형 태양전지의 개발에 주력하고 있다. 화합물을 사용한 타입으로 높은 교환효율을 자랑하고, 경량으로 다양하게 가공할 수 있는 것이 특징이다. 현재, 태양전지에서 주류인 실리콘형에서는 중국 업계가 패권을 쥐고 있지만, 새로운 기술을 확립하는 것으로 경쟁력을 높인다. 우주용도 외에 전기자동차(EV)에도 실증실험을 전개해, 2020년대의 실용화를 목표로 하고 있다.
도요타자동차의 플러그인 하이브리드(PHV) ‘프리우스PHV’가 2월 말까지 조금 다른 모습으로 도쿄도와 아이치현의 거리를 돌아다녔다. 눈길을 끈 것은 차체 지붕과 앞부분에 빽빽하게 붙여진 검은 색의 얇은 패널이다. 샤프가 개발중인 차세대형 태양전지의 실증실험이다.
실험의 목적은 EV의 항속거리와 연비 향상효과의 검증이다. 사용된 프리우스 PHV는 약 0.03mm로 얇은 필름형 태양전지를 총 1,170매 탑재하고 있다. 전력은 약 860와트로 ‘조건이 좋다면 1일 충전으로 약 56km을 달릴 수 있다’(샤프 홍보실)
샤프와 도요타는 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)와 협력했다. 작년 여름부터 반년에 걸쳐 수집한 데이터를 분석해, 향후의 실용화에 활용한다. 그 열쇠를 쥐고 있는 것이 샤프가 개발중인 ‘화합물 3접합형’의 태양전지이다.
태양전지는 재료에 따라 ‘실리콘계’, ‘화합물계’, ‘유기계’로 나뉜다. 샤프의 태양전지는 화합물계 가운데에서도 재료에 ‘갈륨비소(GaAs)’등을 사용한 타입으로, 빛을 흡수해 에너지로 변환하기 쉽다. 변환효율은 34% 이상으로 세계 최고수준이다. 일반적인 실리콘계의 20%대를 크게 웃돈다.
‘성능면에서는 매우 큰 가능성이 열려 있다’ 샤프의 다카기 화합물사업추진부장은 강조한다. 그 이유는 변환효율에 더해, 경량으로 얇고, 곡면 부착 가능 등 다양하게 가공 가능한 점에도 있다.
화합물 3접합형은 제조도중에 기판을 제거하기 때문에, 태양전지의 중심 부재인 전지 셀을 30마이크로(100만분의 1)미터로 얇게 만드는 것이 가능하다. 무게도 1와트 당 0.33그램 정도로 억제할 수 있다. 이러한 특징에 의해 ‘곡면이 많은 EV의 차제에 대량의 전지를 탑재해, 효율적으로 전기를 충전한다’(다카기씨)
이 태양전지의 전개로 이미 성과를 올리고 있는 것이 우주 용도이다. 우주항공연구개발기구(JAXA)가 19년 1월에 발사한 ‘혁신적위성기술실증 1호기’에는 샤프의 태양전지가 탑재되어, 우주공간에서 인공위성이 안정적으로 가동될 지 실증실험이 진행되고 있다.
발전효율과 경량에 더해 충분한 내구성을 확보할 수 있다면, 우주개발에 활용 가능한 여지는 향후 더욱 넓어질 것이다. 샤프 제품은 JAXA가 향후 발사를 예정하고 있는 소형 월면착륙탐사기 등에도 탑재되기 때문에, 다양한 데이터를 기반으로 개량할 계획이다.
샤프가 화합물 3접합형의 태양전지를 세상에 내놓기 시작한 것은 11년경부터이다. 원래, 1959년에 태양전지의 개발에 착수한 샤프에 있어 태양전지사업은 성공과 고난의 역사였다.
63년에 태양전지의 양산화에 재빨리 성공한 샤프는 동년에 요코하마 항의 부이에 세계 최초의 태양 전지를 납품했다. 그 이후에도 실리콘계 등 각종 태양전지로 세계 최고의 변환효율을 실현해, 94년에는 주택용의 태양광 발전 시스템을 상품화했다. 2000년에는 태양전지의 생산량으로 세계 1위를 달성했다. ‘태양전지의 샤프’라는 브랜드를 확립했다.
그러나, 06년까지 세계 1위였던 샤프의 상황은 어두워진다. 08년의 리만 쇼크와 09년의 사카이 공장(사카이시)가동 등으로 재무 체질이 악화됐다. 12년에 태양광의 고정가격 매입제도(FIT) 도입 등으로 시장은 활성화됐지만, 경쟁은 격화됐다. 가격경쟁력 있는 중국과 한국 등의 메이커가 대두해, 주역의 자리를 빼앗았다.
현재, 일본시장에도 해외제품의 점유율은 50% 전후로 높아져, 샤프만이 아니라 일본 업계는 고전이 이어지고 있다. 그렇지만 ‘차세대형 개발경쟁에서는, 이제까지 축적해온 기술을 활용해 살아남을 여지는 있다’(다카기씨). 샤프는 11년 경부터 쌓아온 실적을 재빨리 상용화로 연결해, 새로운 시장개척을 노린다.
우주용도로는 1~2메가(백만)와트 규모의 시장이지만, 드론 등으로는 100메가와트, EV로는 10기가(10억)와트의 시장이 펼쳐질 것으로 본다.
업계에서는 샤프와는 별개로, 특수한 결정구조의 원료를 사용해 저가격으로 경량화가 쉬운 차세대형의 태양전지의 개발도 진행되고 있다. 여기에는 파나소닉과 도시바가 25년경까지의 상용화를 계획하고 있다. 일본 업계가 이러한 기술로 빨리 비지니스모델을 내놓아 주도권을 쥘 수 있을 것인가, 경쟁은 더욱 격해질 것으로 보인다.
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