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CIGS 박막 태양전지 기술 및 시장 동향 원문보기

태양광발전학회 = Bulletin of the Korea Photovoltaic Society, v.1 no.2, 2015년, pp.28 - 34  

김재웅 (한국생산기술연구원 광에너지융합그룹) ,  김호성 (한국생산기술연구원 광에너지융합그룹) ,  정채환 (한국생산기술연구원 광에너지융합그룹)

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제안 방법

  • 특이한 점은 GSE의 경우 CIGS 태양전지에서 흔히 사용하는 모듈화 기술인 스크라이빙을 통한 monolithic 모듈을 제조하지 않고 결정질 실리콘 태양전지와 유사하게 단위셀을 여러장 직렬로 연결하여 모듈을 제조하는 방식을 채택하였다. 또한 2세대 태양전지의 경우 실리콘 태양광 모듈에서 사용하는 리본을 이용하여 직렬연결 후 모듈을 제조하였다. 비진공 방식을 이용한 기업중 Nano Solar는 나노 파티클을 이용한 잉크를 제조해 Al 기판위에 CIGS 흡수층을 코팅하는 방식을 이용하여 태양전지를 제조하였다.
  • Solar Frontier는 스퍼터링 방법을 이용한 2단계 제조 공정을 채택하고 있다. 또한 버퍼층을 CdS 대신 ZnS를 사용하며 TCO층을 AZO대신 MOCVD를 이용한 BZO를 사용하여 이슈가 되었다. 일본 후쿠시마 원전 사태 이후 흑자를 기록하고 있으며 현재 CZTS개발 부분에서도 많은 연구 성과를 보이고 있다.
  • CIGS 태양전지의 모듈화 공정은 대부분 그림 6과 같은 구조로 이루어져 있다. 레이져를 이용하여 Mo 전극을 스크라이빙 하고(P1) 기계식 혹은 레이져의 파장과 세기를 달리하여 Mo외에 다른 층을 스크라이빙하여(P2, P3) 모듈을 제조한다. 별도의 리본이나 연결선 없이 셀을 구분하여 직렬연결을 할 수 있어 셀과 모듈 공정의 구분이 사라지고 간편하게 모듈을 제조할 수 있다.
  • 비진공 방식을 이용한 기업중 Nano Solar는 나노 파티클을 이용한 잉크를 제조해 Al 기판위에 CIGS 흡수층을 코팅하는 방식을 이용하여 태양전지를 제조하였다. 이러한 공정에 RTR 공정을 적용하여 제조단가를 낮추는데 성공하였다. 또한 셀 효율을 17% 이상 올리는 등 많은 주목을 받았으나 현재까지 매출이나 양산라인에 대한 발표가 없어 양산화에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.
  • 미국의 Global Solar Energy (GSE)는 stainless steel 기판을 이용하여 RTR 방식으로 태양전지를 제조하는 방식을 채택하였다. 특이한 점은 GSE의 경우 CIGS 태양전지에서 흔히 사용하는 모듈화 기술인 스크라이빙을 통한 monolithic 모듈을 제조하지 않고 결정질 실리콘 태양전지와 유사하게 단위셀을 여러장 직렬로 연결하여 모듈을 제조하는 방식을 채택하였다. 또한 2세대 태양전지의 경우 실리콘 태양광 모듈에서 사용하는 리본을 이용하여 직렬연결 후 모듈을 제조하였다.

대상 데이터

  • 기판으로는 보통 Na이 첨가되어 있는 soda-lime glass 를 사용한다. 이는 기판내에 존재하는 Na과 K이 태양전지의 효율을 증가시키기 때문이며 Na과 K이 함유되어있지 않은 기판을 사용할 경우 별도의 방법으로 이러한 물질을 도핑시켜 주기도 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CIGS 태양전지의 구성은? 그림 2는 CIGS 박막 태양전지의 구조 및 소재와 대표적인 공정을 보여준다. CIGS 태양전지의 구조는 기판 위에 Mo 후면전극, CIGS 광흡수층, CdS 버퍼층, ZnO 투명전극, Al 상부 전극으로 이루어져 있다. 각 층별로 목적과 저가화를 위해 다양한 물질이 함께 연구되고 있다.
스퍼터를 이용한 2단계 공정은 무엇인가? 스퍼터를 이용한 2단계 공정은 미국의 ARCO Solar에서 처음 개발된 방법으로 첫 번째 공정에서 Cu, In, Ga의 금속 원소를 스퍼터 방법을 이용하여 증착하여 전구체를 제조한 후 두번째 공정에서 Se이 포함된 가스를 이용하열처리를 실시하는 공정이다. 이러한 2단계 공정은 스퍼터를 이용한다는 점에서 대면적화에 유리하여 양산화에 적합하지만 H2Se와 같은 유독성 물질을 사용함으로서 안전성에 문제가 야기되고 있다.
CIGS 박막 태양전지의 기판으로 Na가 첨가된 soda-lime glass를 사용하는 이유는? 기판으로는 보통 Na이 첨가되어 있는 soda-lime glass 를 사용한다. 이는 기판내에 존재하는 Na과 K이 태양전지의 효율을 증가시키기 때문이며 Na과 K이 함유되어있지 않은 기판을 사용할 경우 별도의 방법으로 이러한 물질을 도핑시켜 주기도 한다. 유연기판의 경우 stainless steel, Mo, Ti Al 등의 철강소재를 비롯해 poly-imide와 같은 고분자 물질을 많이 사용한다.
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참고문헌 (8)

  1. M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop, Prog. Photovolt 45, 23:1-9 (2015). 

    상세보기 crossref

  2. 윤경훈, "화합물 박막 태양전지의 최신기술". 

  3. 솔라앤에너지, "플렉시블 박막 태양전지 기술 및 시장 전망". 

  4. P. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wischmann and M. Powalla, Status Solidi RRL 8, 219-222 (2014). 

    상세보기 crossref

  5. A. Chirila, P. Reinhard, F. Pianezzi, P. Bloesch, A.R. Uhl, C.M. Fella, L. Kranz, D. Keller, C. Gretener, H. Hagendorfer, D. Jaeger, R. Erni, S. Nishiwaki, S. Buecheler, A.N. Tiwari, Nature Materials 2013, 3789 (2013). 

  6. J. Britt, S. Wiedemann, R. Wendt, S. Albright, Technical Report NREL SR-520-26840, 1 (1999). 

  7. T. Satoh, Y. Hashimoto, S. Shimakawa, S. Hayashi, T. Negami, Proceedings of the 12thInt. Phot. Sci. and Eng. Conf., Korea93(2001). 

  8. 솔라앤에너지, "전세계 박막 태양전지 기술동향 및 시장 전망(2006-2015)", (2011). 

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