박막 태양전지의 역습 가능케 할 태양광 기술 개발됐다!

CIS 태양전지는 구리와 인듐, 셀렌을 이용한 화합물 반도체인 CIS를 필름에 도포해 박막 형태로 가공한 태양전지로, 기존 실리콘계 태양전지보다 생산단가가 저렴하고 생산성이 높은 것이 특징이다. 이번 솔라프론티어의 발표는 CIS 화합물 반도체를 이용한 태양전지로서는 기존 세계 기록을 0.6포인트 상회한 세계 최고 기록이며, 양산과 직결되는 기술이라는 설명이다. 이번 실험을 위해 시험 제작한 태양전지는 면적 0.5평방센티미터의 소형 셀로, 독일 프라운호퍼연구소가 그 성능을 검증했다.

이번 기술이 성공할 수 있었던 이유는 CIS 광흡수층의 표면품질을 향상시킴과 동시에 접합 형성기술을 개발했기 때문으로, 이번 결과로 인해 솔라프론티어가 목표로 하고 있는 ‘변환효율 30% 달성’에 한 걸음씩 착실하게 다가가고 있다는 설명이다. 또한, 이번 개발은 일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)가 모집한 ‘태양광발전시스템 차세대 고성능 기술개발’ 과제의 성과로, 여기에는 솔라프론티어와 도쿄이과대학이 참가해 2010년 8월부터 2015년 2월까지 CIS 박막 태양전지의 성능 향상을 추진해 왔다.

NEDO는 이번 사업을 통해 현재 화력발전 정도의 발전비용(7엔/kWh)을 실현하는 높은 변환효율의 태양전지를 개발한다는 계획이다. 태양전지의 변환효율이 향상되면 발전비용 삭감에 도움이 되는 까닭이다. 이런 측면에서 박막 태양전지는 자원 절약과 더불어 생산성이 높기 때문에 변환효율만 향상시킬 수 있다면 발전비용 저감에 도움이 될 것으로 기대를 모으고 있다. 또한, NEDO는 이번 사업을 통해 복수의 태양전지 기술개발을 동시에 추진하고 있다. 연구 목표 중 ‘서브 모듈(30cm 정도)’의 경우 18.3%의 변환효율을 실현해 당초 목표치를 달성했으며, 이와 더불어 사업 도중에 추가된 새로운 목표 과제인 ‘20% 이상 박막화한 저비용 CIS 서브 모듈로 변환효율 17.5% 실현’에 대해서는 현재 ‘30% 박막화한 저비용 CIS 서브 모듈에서 변환효율 17.8% 달성’이라는 성과를 달성한 바 있다.

NEDO의 최종 목표는 실용 태양전지의 성능을 향상시키는 것으로, 소면적 셀의 변환효율에서는 아직까지 최종 목표를 달성하지 못했지만, 서브 모듈에서 목표를 달성하고 있기 때문에 최종 목표 실현에는 문제가 없을 것으로 기대되고 있다. 한편, NEDO는 지난 2015년 10월 신에너지 관련 사업 성과보고회를 통해 CIS 박막 태양전지의 고효율화 실현 과정 및 성과 등에 대해 발표했으며, 특히 서브 모듈을 중심으로 한 성과에 대한 정보를 공유했다. 이번 자리를 통해 솔라프론티어가 아쯔기(厚木) 리서치센터에서 고효율화 기술을 개발하고, 양산공장에 고효율화 기술을 적용함으로써 지금까지 착실하게 변환효율을 높여 왔음을 확인시켰다.

또한, 이번에 22.3%의 변환효율을 실현한 소면적 셀의 제조기술은 솔라프론티어가 당사 주력 공장에서 채용하고 있는 기술과 동일하다는 설명으로, 현 시점에서는 실제로 해당 공장이 미야자키현의 코쿠후 공장이 될 것인지, 미야기현의 도호쿠 공장이 될 것인지는 알지 못한다는 설명이다.

출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

SOLAR TODAY 김 미 선 기자(st@infothe.com)

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