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CIGS 박막태양전지 모듈 앞으로 10년 이내 연간 생산능력 1GW로

전문가 제언: ○ 실리콘 태양전지용 실리콘은 실리콘 수급에 문제가 있어 박막 태양전지가 대안으로 개발되고 있다. 실리콘 웨이퍼에서 박막을 떼어내는 훌륭한 기술이 실용화되었다. 실리콘 태양전지가 경제성을 가지려면 20×20cm2의 대 면적에서 두께가 200㎛에서 100㎛로 얇아져야 한다. 효율이 17.5%가 되어 전류도 5배 이상이 되어 공정 중 균열이 우려된다.

○ 간접 천이형 반도체인 실리콘과 달리 직접 천이형인 CdTe, Cu(In, Ga) Se2(CIGS), CuInSe2(CIS), GaAs 등의 II-VI족 및 III-V족 화합물 반도체의 이론상 높은 에너지 변환효율은 열띤 연구개발을 촉발해왔다. GaAs와 같은 III-V족 화합물 반도체는 최고의 효율을 가지나 너무 고가이어서 현재 우주용과 같은 특수 용도에 사용되고, 천 배 정도의 태양광 집광기술이 적용되어도 일반 시장에서는 경쟁이 힘들 것이다.

○ CdTe 박막 태양전지 모듈은 n형 CdS와 p형 CdTe의 이종접합으로 비교적 공정이 간단하여 roll to roll식 인-라인 자동화로 가장 빠른 양산화를 보인다. 미국의 First Solar사는 개구면적 6,624cm2에서 최고 효율 10.2%, 규격 시트 효율 7.5%를 보이고 세계 최대 박막 태양전지 생산을 목표로 하고 있으며, 독일의 Antec Solar사도 앞선 자동화로 유명하다.

○ CIGS 박막 태양전지는 III-V족 화합물 반도체를 제외하고 가장 높은 변환효율을 보이고 있으나 4원소의 증착 등으로 공정이 복잡하여 인-라인과 자동화가 늦고 있었다. CIGS 박막 태양전지의 인-라인 설계는 2006년 Powalla에 의해 발표되었다. 12% 효율로 roll to roll 방식으로 설계된 이 기술은 기판으로 현재의 금속 박으로부터 고온 고분자 박막의 개발이 필요하고, 기판 막이 너무 얇아 패터닝 또는 흠 긋기(scribing)에 레이저나 기계식이 너무 부담이 되므로 약한 방식이 개발되어야 할 것이다. 모듈 효율 18%까지 향상이 가시적이고 양산투자가 한창이다.

○ 현재 세계적으로 연간 생산능력 1MW 이상의 CIGS 박막 태양전지 모듈생산 회사 21개사 중 미국 11개사, 유럽 6개사, 일본 4개사로 한국 회사는 하나도 없다. 에너지에 대한 국가적으로 큰 방향 수정이 필요하다.

저자: Neelkanth G. Dhere
자료유형: 학술정보