2022.10.04 - [전자공학/Solar cell] - Intro-1) 태양전지 TMI편 (feat. 넓고 얕은 지식)
Intro 1에서 단결정, 다결정 태양전지에 대해서 구분하는 방법을 잠깐이나마 말씀드렸습니다.
바쁘신 분들을 위해 뒤에 후술할 각 태양전지 별 효율을 깔끔하게 정리해 드릴게요.
| 연구실에서 측정된 최대 효율 | 상용화된 태양전지 효율 | |
| 단결정 Si 태양전지(1세대) | 26.7% | 20% |
| 박막 Si 태양전지 (2세대) | 14% | 10% |
| GaAs 태양전지 (2세대) | >= 40% | 30% |
| CIGS (2세대 박막 태양전지) | 20.1% | 12% |
| CdTe (2세대 박막 태양전지) | 10% | - |
| 염료감응 태양전지 (3세대 유기 태양전지) | 10% | - |
| 유기분자 태양전지 (3세대 유기 태양전지) | 3~5% | - |
| 페로브스카이트 (3세대 유기 태양전지) | 단결정 Si 태양전지와 비슷 | - |
태양전지의 분류
태양전지 시장은 종류에 따라 유기 태양전지와 무기 태양전지로 나뉩니다.
당연히, 무기 태양전지가 훨씬 많죠! (Si 같은 반도체 태양전지가 무기 태양전지입니다.)
현재 대부분 태양전지는 결정형 Si 태양전지라고 생각하시면 됩니다.
하지만 유기 태양전지는 뜨겁게 발전하고 있습니다. 왜일까요?
Si계 태양전지
먼저 대표주자 Si 태양전지에 대해서 설명을 해드리겠습니다.
태양전지로 사용되는 실리콘의 순도는 최소 6N 이상이어야 합니다. 최근에는 7N는 되어야 하더라고요. 암튼 이 고 순도의 Si를 만들기 위해서 정제를 해야 합니다.
즉, 태양전지가 발전함에 따라 기업에서 더 높은 순도의 Si를 계속적으로 요구를 하기 때문에, 이와 비슷한 효율의 더 싼 소재를 갈구하는 거죠.
이러한 이유로 박막 or 유기 태양전지가 나왔습니다.
자! 가장 중요한 효율에 대해서 말씀을 드려볼까요?
고순도의 단결정 Si을 사용했을 때 최대 효율은 26.7%이지만, 사업화 효율은 20% 언저리라고 생각하면 됩니다.
Si 계 태양전지를(박막형 Si 제외) '1세대 태양전지'라고 부릅니다.
박막 Si 태양전지는 최대 효율 14%이고, 사업화 효율은 10% 정도라고 합니다. 하지만 엄청 싸다는 장점이 있지요.
왜 쌀까요?
고가의 Si wafer을 사용하지 않고, 유리나 금속 기판을 사용하여 고가의 Si 재료비를 감소시키는 겁니다!
실리콘 소요량을 거의 1/100으로 절감이 가능하다네요..
2세대 태양전지
2세대 태양전지는 화합물 반도체 결정 태양 전지와 박막형 태양전지입니다
화합물 반도체 결정 태양 전지 같은 경우, Si 기판보다 훨씬 비싼 GaAs 등 3-5족 반도체를 이용하여 만든 전지입니다.
재료 값이 훨씬 비싸졌죠, 그래서 효율도 매우 매우 매우 좋습니다.
이 비싼 화합물 태양전지는 어디에 쓰일까요? '인공위성, 우주 탐사용'에 쓰입니다.
Q. 인공위성의 전기는 어떻게 보충할까요? '태양전지'로 보충합니다.
인공위성에 엄청난 돈이 들어가는데, 전기가 잘 공급이 안되면 큰일 나겠지요..?
지상에서 화합물 반도체 결정 태양 전지의 최대 효율은 30%라고 합니다. (우주는 40%가 넘는다고..)
박막형 태양전지는 비정질 Si계, CdTe, CIGS 등이 있습니다.
Si 결정질 태양전지보다 훨씬 가격이 싸고, 효율도 나쁘지 않아 태양전지 상용화에 채택되었습니다.
CIGS 같은 경우, Cu/In/Ga/Se 화합물로 구성된 광흡수층을 사용하는 태양전지이고, 박막 태양전지 중 최고 효율을 가지고 있다고 합니다. 20.1%의 최대 효율과, 12%의 양산 효율을 가지고 있다고 합니다.
이 태양전지의 가장 큰 장점은 효율도 효율이지만, 열화가 없다는 것입니다.
CdTe 같은 경우, 박막 태양전지 중 가장 상용화가 많이 되어 있지만, 수은 규제로 인해 CIGS로 바뀌는 추세입니다.
효율은 10% 이하라고 생각하시면 됩니다.
3세대 태양전지
유기 태양전지는 공정이 단순하고, 고속/연속생산으로 저가 양산이 가능합니다.
즉, roll to roll 공정이 가능하여 매우 싸게 양산이 가능합니다! 또한 Flexible 응용이 가능하다는 것이 장점이지요.
염료감응 태양전지의 효율은 대략 10% 정도 나오고, 유기분자 태양전지는 대략 3~5%가 나옵니다.
페로브스카이트 태양전지는 SI 결정형 태양전지 효율과 비슷하다고 하네요.
태양 전지의 세대에 대해서 알아보았습니다! 감사합니다.
'반도체 공학 > Solar cell' 카테고리의 다른 글
| 4. 태양전지 효율은 왜 낮을까? (1) | 2022.10.05 |
|---|---|
| 3. 3세대 태양전지, 유기 태양전지의 원리 (feat. 페로브스카이트) (1) | 2022.10.05 |
| 1. 태양전지의 원리 (feat. 태양광 vs 태양열), 광전효과와 광기전효과 (0) | 2022.10.04 |
| Intro-1) 태양전지 TMI편 (feat. 넓고 얕은 지식) (1) | 2022.10.04 |
| Intro) 태양 전지에 대한 전망, 왜 '태양 전지'를 공부해야 하는가?(feat. 신재생 에너지) (2) | 2022.10.04 |
댓글