초록 ▼

세부과제 Ⅰ : 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ CIGS 박막 태양전지의 특징 및 개발 이슈
- 현재 세계 시장에서 결정질 실리콘이 80% 이상의 시장을 점유하고 있으며 전체 태양전지의 70% 이상이 중국과 대만에서 생산되고 있음.
- 차세대 태양전지 기술 선점을 통한 시장 진입 전략이 필요함.
- CIGS 박막 태양전지는 효율, 안정성 측면에서 가장 시장에 근접한 차세대 태양전지
- 현재 수준보다 제

세부과제 Ⅰ : 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (II)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ CIGS 박막 태양전지의 특징 및 개발 이슈
- 현재 세계 시장에서 결정질 실리콘이 80% 이상의 시장을 점유하고 있으며 전체 태양전지의 70% 이상이 중국과 대만에서 생산되고 있음.
- 차세대 태양전지 기술 선점을 통한 시장 진입 전략이 필요함.
- CIGS 박막 태양전지는 효율, 안정성 측면에서 가장 시장에 근접한 차세대 태양전지
- 현재 수준보다 제조단가를 더 낮추어 경쟁력을 확보해야 함.($1/W -> <$0.5/W)
○ 비진공 R2R 공정 적용을 통한 저가 태양전지 구현
- 현재 일본의 Solar Frontier, 대만의 TSMC 등에서 유리 기판/진공 공정을 이용하여 $1.0~1.2/W 의 제조단가 확보
- 전체 제조 공정중 CIGS 박막 제조 공정이 기술과 비용측면에서 걸림돌
- 비진공 프린팅 (낮은 초기 투자비, 낮은 공정비용, 높은 재료이용률), R2R 연속공정 (낮은 공정비용, 높은 재료이용률)을 이용한 저가 태양전지 제조 기술 확보
○ 모듈 제조 기술 확보를 통한 기술 사업화 확대
- 소면적 원천 기술을 활용한 파일럿 스케일의 모듈 및 장비 기술 확보 : 높은 수준의 기술력 확보를 통한 고부가가치 창출
- 중소/중견 기업의 플렉서블 태양전지 사업화를 위한 기반 기술 확보
- 최근 태양전지를 이용한 다양한 응용제품 개발이 시도되고 있음.
- 다양한 형태의 응용 가능 (이동식 전원용, 항공 우주용, 사물인터넷 등)
- 단순한 기술 개발 만이 아닌 R&BD적 관점 도입이 필요함 : 디자인 & 마케팅 접목

세부과제 Ⅱ : 플렉서블 박막 태양전지 고효율화 기술개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ CIGS 저온증착 공정, CIGS 구조특성 및 버퍼층 특성 최적화, 고 전하이동도의 투명전도막 개발, 열화특성 최적화 등의 연구 개발 결과를 통하여 핵심 원천 기술 및 응용 특허 확보함.
○ 본 연구개발 결과를 참조하여 차세대 태양전지 모듈의 고효율화 및 고신뢰성 향상기술, 장비기술 등과 관련한 기술개발 도모. 차후 정부주도 또는 민간주도 대규모 산학연기술개발 프로젝트의 선행기술로 활용함으로써, 각 단계별 기술개발 추진시 관련 소재 및 부품업체, 셀 및 모듈 제조업체, 장비업체들과의 개발 기술에 대한 이해도 상승 및 니즈(Needs) 조기파악 및 해소를 도모하여 원활한 기술이전 및 산업화를 이룰 수 있도록 추진 가능.
○ 태양전지 저가화 및 고효율화를 통한 태양광 발전 시스템 제조단가 저감 및 보급확대 전략수립시 활용 가능

세부과제 Ⅲ : 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
․ 1958년 처음으로 Vanguard 위성에 태양전지가 사용된 이래, 지금까지 결정질 Si 및 GaAs 태양전지 기술이 우주에서 필수적인 역할을 해오는 동안 발견된 개선이 필요한 두가지 중요사항은 무게당 전력비(power to mass ratio, W/kg; specific power)와 내방사선 특성임.
․ 기존의 우주용 태양전지에 사용되는 상기 두가지 물질은 bulk material을 기반으로 하고 있기 때문에 W/kg 특성 및 내방사선 특성이 좋지 않을 뿐만 아니라, Si 재료의 경우 단일접합 효율 이상의 고효율 구현이 불가능하고, 현재 우주용 태양광 모듈에 주로 사용되는 GaAs를 비롯한 유사 III-V족 우주용 태양전지의 경우 고효율의 장점을 가지나 공정이 복잡하고 고가임(~300€/W).
․ 현재까지 국내 인공위성을 비롯한 우주비행체의 경우 위와 같은 고가의 III-V족 태양전지를 전량 수입하여 사용하고 있으며, 고방사선, 극고온 및 극저온 등의 열악한 우주환경에 적합한 태양전지 성능 확보가 필요한 반면 국내에는 관련 제조 기술뿐만 아니라 평가 및 예측기술도 전무한 실정임.
․ Cu, In, Ga, Se의 4 원소로 구성된 화합물을 태양전지의 광흡수층으로 사용하는 CIGS 박막 태양전지는 태양광의 광흡수계수가 높아 박막 태양전지 중 가장 높은 효율을 보고하고 있으며, 내방사선 특성이 우수할 뿐만 아니라 경량 기판 상에 제조가 가능하고 상대적으로 높은 specific power(559 W/kg on Ti, 919 W/kg on PI)를 가지므로, 위에서 언급한 우주용 태양전지에 대한 요구사항을 충족할 수 있으며, 30-80€/W의 제조단가는 기존의 우주용 태양전지에 대비되는 또다른 장점임.
․ 또한, 광흡수층 소재의 두께가 수 μm로 원소재 소비가 매우 적고 연속공정이 가능하여 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 mass & storage volume 등의 장점을 가짐.
․ 일반적으로 지상용 CIGS 태양전지는 glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/grid의 구조로 구성되어 있으나, 우주용 CIGS 태양전지는 경량의 어레이 응용에 적합한 기판을 사용하여야 하며, 높은 방사선 및 자외선, 극한온도, 원자산소 등 지상용과 차별화되는 우주환경에 적합한 재료적·구조적 최적화가 필요함.
․ 이에 아래 그림과 같은 CIGS 태양전지 구조를 기반으로 위의 우주환경 특성을 고려하여 고가의 기존 III-V족 기반 태양전지를 대체할 수 있는 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지를 개발하고자 함.

Abstract ▼

II : Development of high efficiency flexible thin film solar cells
Ⅳ. Result and Recommendations
○ The core technologies, application methods and intellectual property rights are confirmed based on the thin film deposition of CIGS at a lower temperature, the optimization of CIGS absorbing laye

II : Development of high efficiency flexible thin film solar cells
Ⅳ. Result and Recommendations
○ The core technologies, application methods and intellectual property rights are confirmed based on the thin film deposition of CIGS at a lower temperature, the optimization of CIGS absorbing layer and buffer layer, the development of the transparent conducting oxide layer with high charge mobility, the optimization of the CIGS thin film solar cell structure to overcome deterioration of light-absorbing layer and etc.
○ The above results can be even further applied to the technologies including the next generation solar cells with very high efficiencies and very high reliabilities.
Also, they can act as predecent technologies, which have close relations to the government or private initiated large scale technology development projects.
○ The above results can be utilized for establishing strategies in the reduction of the manufacturing cost and the supply expansion of photovoltaic systems by realizing low-cost photovoltaic systems and by improving energy conversion efficiency of the solar cells.