양자 요동과 태양전지: 2023년 연구가 보여 준 것

기후변화에 대응하려면 배출량을 줄이고 기후 위험을 관리해야 합니다. 화석연료에서 수력, 풍력, 지열, 태양에너지 등으로 전환하는 것도 그 노력의 일부입니다. 기술 개선도 도움이 될 수 있습니다. 2023년 발표된 여러 연구는 나노광학과 태양전지 분야의 진전을 보여 줍니다. 다만 서로 다른 실험의 결과이며, 양자 요동으로 상용 태양광 패널의 효율이 이미 높아졌다는 증거는 아닙니다.

나비넥타이 모양의 광학 공진기

한 연구에서는 실리콘 광학 공동을 자기 조립하는 방법을 보였습니다. 양자 요동과 관련된 표면력이 미리 제작한 나노구조를 서로 가까이 끌어당겨 제어된 방식으로 붙게 합니다.

보타이 공진기는 좁은 부분이 나비넥타이를 닮아 붙은 이름입니다. 빛의 전자기장을 매우 작은 영역에 집중시켜 빛과 물질의 상호작용을 강화할 수 있습니다. 해당 연구는 이러한 광학 공동을 다뤘으며 완성된 차세대 태양전지를 시험한 것은 아닙니다.

광학 모드의 부피가 작아지는 것은 유용할 수 있지만, 손실 감소나 전체 효율 향상을 자동으로 뜻하지는 않습니다. 기존 리소그래피와 식각으로는 일부 극도로 좁은 간극을 만들기 어렵습니다. 연구진은 기존 제작법에 표면력을 이용한 자기 조립을 결합했습니다. 관련 현상에는

• 카시미르 효과
• 와 반데르발스 상호작용이 있습니다

연구진은 떠받쳐진 실리콘 나노구조를 두 부분으로 제작했습니다. 간격과 탄성 조건이 적절하면 표면력이 두 부분을 끌어당기고, 접착된 구조에 아주 작은 광학 간극이 형성됩니다. 이는 핵융합이나 진공에서 물질을 만드는 과정이 아닙니다. 이미 만든 구조를 표면력으로 조립하는 것입니다. 연구는 기존 제작법의 한계를 다음과 같이 설명합니다.평면 반도체 기술은 대규모 제조에 유리하지만, 자기 조립으로 가능한 원자 수준의 크기에 도달하는 데에는 어려움이 있습니다.두 접근법을 결합하려는 이유입니다.

연구의 의미

이 연구는 특히 매우 작은 광학 소자를 만들고 더 큰 회로와 연결하는 방법에 의미가 있습니다. Nature 논문은 다른 잠재적 응용 분야도 설명합니다.

그 예로 염기서열 분석용 고체 나노기공, 양자 터널링용 나노간극 전극, 초전도 전자 소자 제작용 섀도 마스크가 제시됩니다. 모든 용도를 같은 실험에서 입증한 것은 아닙니다.

원자 수준의 자기 조립 구조를 더 큰 칩 회로와 통합하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실제 제조에 쓰려면 재현성, 손실, 집적 방법을 더 검증해야 합니다.

도파관과 연결된 공동은 빛과 물질의 상호작용을 강화하거나 장차 단일 광자 수준에서 동작하는 소자를 개발하는 데 흥미로운 구조입니다. 그러나 이 연구는 태양광 패널의 에너지 변환 효율 향상을 측정하지 않았습니다. 태양전지 응용 가능성은 별도로 검증해야 합니다.

후면 접촉형 마이크로미터 크기 태양전지

별도의 연구에서 오타와대학교와 협력 연구진은 2023년 최초의 후면 접촉형 마이크로미터 크기 태양전지를 제작했다고 발표했습니다.

출처: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

다른 잠재적 응용

두 연구는 서로 다른 기술을 다룹니다. 덴마크 연구는 표면력으로 광학 공동을 자기 조립하고, 오타와 연구는 후면 접촉형 미세 태양전지를 만듭니다. 후자는 카시미르 효과로 태양전지를 제조했다는 증거가 아닙니다.

나노기술은 더 작은 전자기기, 개선된 재료, 의료 응용 등에 기여할 가능성이 있습니다. 그러나 더 강한 건축재, 효과적인 의약품, 표적 약물 전달을 이 두 실험에서 입증한 것은 아닙니다. 각각 별도의 연구가 필요합니다.

자기 조립 공진기는 나노 제조의 한 단계입니다. 특정 제품에서의 신뢰성, 대량 생산 가능성, 경제적 이익은 추가로 평가해야 합니다.

관련 기업

다음 기업들은 태양에너지 분야에서 활동합니다. 여기에 소개된다는 이유로 해당 실험용 공진기나 미세 태양전지를 생산한다고 해석해서는 안 됩니다. 각 기술의 성숙도도 서로 다릅니다.

*아래 표는 2023년 원문에 실린 과거 수치를 보존한 것입니다. 현재 수치이거나 새로 검증한 기업가치 지표가 아닙니다. 투자 전에는 기준일, 계산 방법, 최신 공시를 확인해야 합니다.*

1. NextEra Energy Resources

NEE 가격 차트

NextEra Energy Resources는 상장사 NextEra Energy (NEE )의 자회사입니다. 풍력과 태양광 등을 포함한 에너지 프로젝트를 개발·건설·운영합니다. 차트와 기업가치 지표는 별도로 상장된 Resources 주식이 아니라 모회사에 해당합니다. 150개 이상 시설, 미국 26개 주, 캐나다 4개 주, 17,000MW라는 과거 설명을 검증된 현재 사업 현황으로 읽어서는 안 됩니다.

2.  First Solar

FSLR 가격 차트

First Solar (FSLR )는 텔루르화카드뮴 기술의 박막 태양광 모듈을 생산하고 재활용을 제공합니다. 프로젝트 개발·건설·유지보수를 모두 제공한다는 예전 설명은 현재 사업과 맞지 않습니다. 미국 프로젝트 개발과 북미 운영·유지보수 사업은 2021년 매각됐고, 다른 관련 사업도 2022년 매각됐습니다. 회사의 자체 안내는 고객을 위한 태양광 프로젝트를 개발·건설하거나 유지보수하지 않는다고 명시합니다.

3. SolarEdge Technologies

SEDG 가격 차트

SolarEdge Technologies (SEDG )는 직류 전력 최적화 장치와 인버터를 비롯한 태양광 기술 및 관련 저장·에너지 관리 솔루션을 제공합니다. 과거의 사업 분야 목록이 현재 포트폴리오와 모두 일치하는 것은 아닙니다. 2024년 11월에는 한국 Energy Storage 사업부를 폐쇄한다고 발표했습니다. 다만 이 결정이 주택 및 상업·산업용 태양광 시스템을 위한 배터리 판매에는 영향을 미치지 않는다고 밝혔습니다.

향후 과제

자기 조립 광학 공동과 후면 접촉형 미세 태양전지는 별개의 연구 성과입니다. 후자는 태양전지를 직접 다루고, 전자는 나노광학 구조의 제작 방법을 보여 줍니다. 두 결과가 함께 양자 요동에 의한 상용 태양광 패널의 효율 향상을 입증하는 것은 아닙니다.

추가 연구를 통해 빛의 집중, 소형화, 제조 비용이 개선될 수 있습니다. 실제 활용은 측정된 효율, 내구성, 비용에 달려 있습니다. 에너지 전환에 기여할 가능성은 있지만 특정 상용화 시점이나 기후변화의 단독 해결을 보장하지는 않습니다.