보고서상세정보
| 과제명 |
차세대 태양전지 고효율화 기술개발 |
| 주관연구기관 |
한국에너지기술연구원
Korea Institute of Energy Research
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| 연구책임자 |
조준식
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참여연구자
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안세진,
곽지혜,
김광득,
김종욱,
김석기,
조아라,
백남춘,
한성옥,
그외 다수,
윤재호
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| 보고서유형 |
연차보고서
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| 발행국가 |
대한민국
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| 언어 |
한국어
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| 발행년월 |
2015-12
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| 과제시작년도 |
2015
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| 주관부처 |
미래창조과학부
KA |
| 사업 관리 기관 |
한국에너지기술연구원
Korea Institute of Energy Research
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| 등록번호 |
TRKO201600000341
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| 과제고유번호 |
1711034648
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| DB 구축일자 |
2016-04-09
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| 키워드 |
박막,태양전지,비진공,롤투롤,우주용 태양전지,화합물 박막 태양전지,저가 경량,CIGS계 광흡수층,우주환경 내구성,스마트 창호,다기능성,화합물 박막,심미성,선택적 광흡수CI(G)S,Thin Film,Solar Cell,Non-vacuum,Roll to Roll(R2R),Space solar cell,Compound thin film solar cell,Low-cost low-weight,CIGS-based absorber,Durability in space environment,smart window,multi-function,chemical thin-film,aesthetic,selective light absorption
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초록
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비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (Ⅲ)
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 비진공 R2R 공정기반 CIGS 박막 모듈 개발 결과
- 소자 기술
: 독자...
비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (Ⅲ)
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 비진공 R2R 공정기반 CIGS 박막 모듈 개발 결과
- 소자 기술
: 독자적 하이브리드 CIGS 전구체 제조기슬 확보
: 하이브리드 CIGS 전구체의 플렉서블 기판 코팅 기술 확보
: 하이브리드 CIGS 전구체를 이용한 CIGS 박막 열처리 공정 확보
: 하이브리드(진공 + 비진공) CIGS 박막 제조 공정 확보
: 셀 제조 및 측정, 평가 기술 확보
: AFM 기반 표면 분석 기술 및 소자 성능 평가 기술 확보
: 소면적 및 대면적 플렉서블 CIGS 박막 태양전지 제조 기술 확보
: 하이브리드 CIGS 전구체를 이용한 소면적 셀 효율 10.4% 달성
: 하이브리드 공정을 이용한 CIGS 박막 태양전지 셀 효율 12.2% 달성
- 장비 기술
: 대면적 Roll to Roll Mo Sputter 장비 set-up 및 공정 확보
: 대면적 비진공 CIGS 전구체 코팅 장비 set-up 및 공정 확보
: 대면적 Roll to Roll CIGS Evaporation 장비 set-up 및 공정 확보
: 대면적 Buffer 성막 장비(CBD) set-up 및 공정 확보
: 대면적 TCO 성막 장비 set-up 및 공정 확보
: 대면적 Laminator 장비 set-up 및 공정 확보
: 대면적 플렉서블 CIGS 박막 모듈 성능 평가 장비 set-up 및 평가 기술 확보
- 특허 분석
: 비진공 R2R 공정 기반 플렉서블 CIGS 박막 모듈 관련 특허 분석
- 시장 분석
: 플렉서블 CIGS 박막 모듈 관련 응용 제품 시장 분석 및 Business Model 도출
- 제품 디자인 개발
: 플렉서블 CIGS 박막 태양전지 응용 제품 디자인 도출 및 사용 시나리오 제안
○ 비진공 R2R 공정기반 CIGS 박막 모듈 기술 활용 방안
- 하이브리드 CIGS 전구체 제조기술을 바탕으로 양자점 태양전지 제조기술로 활용
- 전구체 코팅 기술을 바탕으로 습식 코팅 공정 기술을 이용하는 기타 태양전지 제조 기술로 활용 범위 확장
- AFM 표면 분석 기술로 기타 박막 태양전지의 소자 성능 평가 기술로 적용 가능성 타진
- 기판 소재의 유연성과 독립성을 보장함으로써, 대규모 발전용 뿐만아니라 휴대형 또는 이동형 전자기기 분야의 전력 공급원으로 응용 분야 확장에 활용
- 대면적 R2R 진공 성막 기술을 바탕으로 기타 R2R 공정 기반 전자기기 제조 기술로 응용 분야 확장에 활용
우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발 (Ⅱ)
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 또 다른 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.
스마트창호 적용을 위한 다기능성 화합물 박막 태양전지 기술개발 (Ⅰ)
Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ 2014년 세계 태양광 신규설치량은 40GW에 이르며 평균 20%이상의 성장세를 유지하고 있음
○ 기존의 대용량발전의 한계를 극복하고 효율적인 전기생산 및 소비를 위한 분산발전의 필요성이 증대됨에 따라 자가발전 및 소비가 가능한 친환경에너지타운 및 친환경건물에 대한 관심이 크게 증대되고 있음
○ 친환경에너지타운을 위한 건물 효율향상 측면에서 창호에 대한 중요성이 부각되고 있으며 특히 에너지를 절약하는 동시에 직접 생산할 수 있는 차세대 스마트창호 기술에 대한 개발 필요성도 크게 증가하고 있음
○ 이에 따라, 심미성, 칼라구현, 선택적 광흡수 등의 다양한 새로운 기능성을 갖춘 창호적용 BIPV를 제조하기 위해서는 기존의 태양전지와는 차별화된 기술적용이 요구됨
○ CIGS계 화합물 박막 태양전지가 갖는 다결정 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 효율과 우수한 장기안정성을 활용하고 광학박막 설계기술을 접목하여 광변조를 통한 다양한 광기능성과 광대역 파장에 대한 광이용율 향상 및 선택적 광흡수 기술을 확보할 경우 단기간에 고부가가치를 창출 할수 있는 창호 맞춤형 태양전지 제품개발이 가능함
○ 선진국에서도 기술개발 초기단계이므로 추격형 기술이 아닌 독자적인 원천 및 응용기술 확보가 가능한 선도형 기술개발 분야임
Abstract
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Development of CIGS Solar Modules via Non-Vacuum Roll to Roll Process
Ⅳ. Result and Recommendations
○ Results of CIGS s...
Development of CIGS Solar Modules via Non-Vacuum Roll to Roll Process
Ⅳ. Result and Recommendations
○ Results of CIGS solar modules via non-vacuum roll to roll process
- Device technology
: Development of unique hybrid CIGS precursor synthesis technology
: Development of hybrid CIGS precursor coating technology
: Development of rapid thermal annealing (RTA) process of hybrid CIGS precursor film
: Estabilishment of device fabrication and performance analysis tool
: Development of AFM-based device characterization technology
: Achievement of 9.7% conversion efficiency of flexible CIGS thin film solar cell using hybrid precursors
- Equipment and process technology
: Large area Mo sputter set-up and process development
- Patent Analysis
: Patent analysis of CIGS solar modules via non-vacuum roll to roll process
- Market Analysis
: Analysis of BIPV(Buliding Integrated Photovoltaics) market using flexible CIGS solar modules.
○ Applications of CIGS solar modules via non-vacuum roll to roll process
- Quantum dot solar cell application based on hybrid CIGS precursor synthesis technology
목차
Contents
▼
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 3
- 목차 ... 5
- 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (Ⅲ) ... 7
- 표지 ... 7
- 목차 ... 9
- 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 11
- Ⅰ. 일반현황 ... 11
- Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 12
- Ⅲ. 추진 전략 ... 17
- Ⅳ. 추진 실적 ... 21
- Ⅴ. 향후 계획 ... 35
- 유첨 연구 결과 상세 기술 - 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 (III) - ... 37
- 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발 (Ⅱ) ... 177
- 표지 ... 177
- 목차 ... 179
- 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 181
- Ⅰ. 일반현황 ... 181
- Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 182
- Ⅲ. 추진 전략 ... 184
- Ⅳ. 추진 실적 ... 187
- Ⅴ. 향후 계획 ... 197
- 스마트창호 적용을 위한 다기능성 화합물 박막 태양전지 기술개발 (Ⅰ) ... 199
- 표지 ... 199
- 목차 ... 201
- 2015년도 주요사업 연차평가 보고서 ... 203
- Ⅰ. 일반현황 ... 203
- Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 204
- Ⅲ. 추진 전략 ... 206
- Ⅳ. 추진 실적 ... 209
- Ⅴ. 향후 계획 ... 220
- [별첨1] 정량적 성과 목록 ... 221
- [별첨2] 연차평가 의견서 반영 ... 222
- 끝페이지 ... 223
