[인더스트리뉴스 최용구 기자] 미국 에너지부 국립재생에너지연구소(NREL)가 고효율 III-V 태양전지의 생산 비용을 낮추는 방안을 제시했다. NREL 연구진은 동적 수소화물 증기상 에피택시(D-HVPE)를 사용함으로써 저비용의 생산 가능성을 확인했다. 

NREL은 최근 ‘갈륨비소(GaAs) 기반 III-V 후면 이종접합형 태양전지’의 새 디자인을 공개했다.

이종접합은 동종접합에 비해 태양전지 장치의 효율을 증가시킬 수 있는 기법으로 알려져 있다.

pv magazine에 따르면 해당 태양전지엔 금속 유기 기상 에피택시(MOVPE)가 아닌 D-HVPE가 사용됐다. HVPE는 저가형 원소인 III족 전구체를 활용한다.

연구진은 GaAs 흡수체와 갈륨-인듐-비소-인화물(GaInAsP)을 제작 과정에 적용했다. Au 금속을 AlGaAs 접점층에 전기 도금한 후 이를 Si 핸들 위로 뒤집고 기판을 에칭(Etching)했다.

NREL 관계자는 “새로운 태양전지 설계를 통해 27% 이상의 전력 변환 효율을 인증했다”며, “이는 단일 접합 갈륨비소 전지에 대해 보고된 것 중 가장 높은 효율”이라고 강조했다.

이번 내용은 Cell Reports Physical Science에 ‘향상된 성능을 위한 III-V 이종접합 태양전지의 모델링 및 설계(Modeling and design of III-V heterojunction solar cells for enhanced performance)’란 제목으로 발표됐다.

발표된 보고서에는 III-V 이종접합 태양전지에 대한 실험·계산 등 연구 결과가 소개됐다. 이미터 도핑(emitter doping), 이미터 밴드 갭(emitter band gap), 헤테로밴드 오프셋(heteroband offsets) 등이 PV 효율에 미치는 영향을 설명했다.

연구 참여자들은 “저품질 재료의 경우 이종접합이 더 큰 효율 향상을 가져온다”고 결론냈다. 아울러 “이번 연구결과는 III-V 재료 이외의 시스템에도 적용이 가능하다”고 분석했다.

한편, NREL이 최근 발표한 ‘2023년 1분기-미국 태양광 발전 시스템 및 에너지 저장 비용 벤치마크, 최소 지속 가능 가격 분석(US Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks, With Minimum Sustainable Price Analysis)’에선 주거용 태양광 시장의 뚜렷한 변화가 확인됐다.

유틸리티 규모의 태양광 프로젝트 비용은 증가하는 반면 주거용 프로젝트 비용은 감소하고 있다는 진단이 나왔다. 인건비 증가 및 인플레이션 감축법(IRA)으로 인해 유틸리티 사업비가 늘었으며, IRA에 명시된 세액공제와 연계한 임금요건도 영향을 미친 것으로 나타났다.

그러나 주거용 태양광은 모듈, 인버터, 물류, 고객 확보 등 가격이 전반적인 하락세를 보이며 전체 사업비가 약 16% 줄었다.

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