초록 ▼

1세부과제 : 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발
Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
상기 1단계(3년) 경량 기판상 소면적 CIGS 단일접합 박막 태양전지 연구를 통해 우주용저가·경량 화합물 박막 태양전지의 핵심원천기술 개발 및 출연연 간 융합과제를 도출한 후,2단계(4년)에서 출연연 협동연구를 통해 실질적으로 우주환경에 적용가능한 태양전지 모듈을 개발하고, 3단계(3년)에서 상용화 기반 기술 연구를 통해 관련 기업에 기술 이전을 도모할 수 있도록 장기적 관점에서의 정책적 협조와 지원 및 산학

1세부과제 : 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발
Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
상기 1단계(3년) 경량 기판상 소면적 CIGS 단일접합 박막 태양전지 연구를 통해 우주용저가·경량 화합물 박막 태양전지의 핵심원천기술 개발 및 출연연 간 융합과제를 도출한 후,2단계(4년)에서 출연연 협동연구를 통해 실질적으로 우주환경에 적용가능한 태양전지 모듈을 개발하고, 3단계(3년)에서 상용화 기반 기술 연구를 통해 관련 기업에 기술 이전을 도모할 수 있도록 장기적 관점에서의 정책적 협조와 지원 및 산학연 협력이 요구됨.

2세부과제 : 스마트창호 적용을 위한 다기능성 화합물 박막 태양전지 기술개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
○ 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

3세부과제 : 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발
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

4세부과제 : 저가원소 기반의 Cu계 화합물 박막 태양전지 고효율화 기술개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
ㅇ 태양광 발전 시장의 동향을 보면 2013년 130조원의 규모이며 평균 20% 이상의 성장세를 보이고 있으나, 실제로는 지속가능한 친환경 에너지를 보급하고자하는 각국의 정부들의 인센티브 및 보조금 정책에 의해 주도 되고 있음
ㅇ 현재 태양광 발전기술은 여러가지 장점들에도 불구하고 아직까지 정부주도가 필요하거나 보급수준이 높지 않은데, 그 주된 이유는 아직까지도 기존 화석연료 기반의 발전방식에 비하여 경제성이 확보되지 않았기 때문임.
ㅇ 미래의 태양광 발전기술의 보급 확대를 도모하고 경제성을 확보하기 위해서는 광전변환효율을 크게 획기적으로 향상시켜 기존 투자 대비 에너지 생산성을 높이거나, 저가 소재 및 저가공정 개발로 소재 및 공정비용을 낮추어 에너지 생산성이 같더라도 투자액을 상대적으로 낮춤으로써 투자 대비 에너지 생산성을 높여야함. 이와 더불어 사용 수명 20년 이상의 보장을 위한 장기 안정성 및 최근 강화되고 있는 환경 규제에 부합하는 친환경 및 지속가능성을 고려한 환경적 요구 조건을 모두 만족시켜야 함.
ㅇ 이러한 시대적 요구에 대응하기 위해 미래에도 사용가능한 태양전지 소재의 개발에 있어서 요구되는 주요특성들을 나열해보면 아래와 같음.
- 기존 태양전지의 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 경제성
- 기존 태양전지와 비슷하거나 더 높은 효율
- 친환경 소재
- 지속가능성 (sustainability)
- 대량생산에 적합한 간단한 물질시스템 및 제조방법
ㅇ 현재 알려진 여러가지 소재의 태양전지들 중에서 근본적인 소재의 제한으로 획기적 가격 절감이 어렵고 더 이상의 효율 상승이 어려운 결정질 실리콘 태양전지와, 소재 자체의 장기 안전성이 문제가 되는 유기/염료/유무기 하이브리드 태양전지를 고려 대상에서 제외하면, 인류가 당면한 여러가지 문제점들을 해소할 수 있는 미래에 필요로하는 특성들을 골고루 갖춘 태양전지 소재는 박막 태양전지의 형태로 개발되어야 할 것으로 보임
ㅇ 대표적인 화합물 박막 태양전지 중의 하나인 CIGS 박막 태양전지는 21% 이상에 이르는 고효율을 가지고 있어 다결정 실리콘 태양전지에 버금가는 우수한 성능과 안정성을 갖고 있음.하지만, CIGS 박막 태양전지에 사용되는 In, Ga과 같은 고가원소 또는 희귀원소는 향후 저가화를 통한 가격경쟁력 확보나 대량보급시의 단점으로 지적받고 있음. 또한 4성분계 물질시스템 구성으로 인한 조성의 복잡성은 경쟁성을 가질 수 있는 기술 장벽인 동시에 그 공정제어의 어려움은 대량생산시의 단점이 될 수도 있음
ㅇ 또 다른 고효율 박막 태양전지 소재인 CdTe는 고가의 Te 뿐만 아니라 Cd의 독성 때문에 미래의 친환경성에 대한 이슈가 있는 실정임
ㅇ 현재 태양광 발전기술은 여러가지 장점들에도 불구하고 아직까지 정부주도가 필요하거나 보급수준이 높지 않은데, 그 주된 이유는 아직까지도 기존 화석연료 기반의 발전방식에 비하여 경제성이 확보되지 않았기 때문임.
ㅇ 신규 태양전지 소재를 화합물 박막으로 한정하게 되면, 태양전지 모듈의 단가 절감 가능성을 기존의 CIGS 박막 태양전지 경제성 분석을 통하여 유추가 가능함.
- CIGS 모듈단가 0.45 $/W 중 재료비가 차지하는 비중은 약 0.3 $/W로서 약 67 %
- In이나 Ga등 희귀 및 고가 원소들을 배제하면 재료비를 더 낮출 수 있을 가능성이 있으며,국제사회에서의 타시장의존성이나 자원무기화 문제들에도 대처 가능
- CIGS와 같은 복잡한 4원계 물질시스템이 아니라 2, 3원계 물질시스템일 경우 공정 복잡성이 적어질 수 있어 대량생산에 더 적합할 가능성 존재
ㅇ 미국, 일본 등을 중심으로 저가원소를 사용한 Cu계 화합물 기반의 박막 태양전지 기술개발이 진행되고 있으나 아직까지는 연구 초기 단계임.
ㅇ 기존 화합물 박막 태양전지가 갖고 있는 높은 효율과 안정성 등의 우수한 장점을 유지하면서 동시에 미래의 태양전지가 필요로하는 친환경성 및 지속성장이 가능한 저가원소를 사용한 새로운 Cu계 소재 개발이 활발히 이루어지고 있음. 저가원소를 사용한 Cu계 화합물 박막 태양전지의 기술개발 중요성이 커지고 있으며 전 세계적으로도 연구 초기 단계이므로, 현재 본원이 보유한 세계 최고수준의 박막 태양전지 기술을 기반으로 원천기술의 확보가 용이할 것으로 보이며, 원천기술의 확보를 통하여 세계적 기술선도 및 우위확보도 가능할 것으로 판단됨

Abstract ▼

1. R&D on core technology of low-cost and lightweight compound thin-film solar cells for space applications
Ⅳ. Result and Recommendations
Through the R&D on space solar cells based on flexible lightweight CIGS single-junction devices at this 1^st research stage for 3 years, the relat

1. R&D on core technology of low-cost and lightweight compound thin-film solar cells for space applications
Ⅳ. Result and Recommendations
Through the R&D on space solar cells based on flexible lightweight CIGS single-junction devices at this 1^st research stage for 3 years, the related core technology will be developed and cooperation among the related research institutes will be prepared. In order to develop the demonstration modules at the 2^nd stage (4 years) and to transfer the technology to the industry via 3^rd stage-research (3 years) for commercially available technology, policy-based support and academic-industrial cooperation are required in the long term perspective.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I 우주용 저가·경량 화합물 박막 태양전지 핵심원천기술 개발 ... 7 요 약 문 ... 9 SUMMARY ... 11 CONTENTS ... 13 제 1 장 서 론 ... 15 제 2 장 연구 내용 및 결과 ... 32 제 3 장 결 론 ... 124II 스마트창호 적용을 위한 다기능성 화합물 박막 태양전지 기술개발 ... 127 목차 ... 129 Ⅰ 일반현황 ... 131 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 132 Ⅲ 추진 전략 ... 134 Ⅳ 추진 실적 ... 138 Ⅴ 향후 계획 ... 157 별첨 ... 158III 비진공 Roll to Roll 공정 기반 CIGS 박막 모듈 개발 ... 161 목차 ... 163 Ⅰ 일반현황 ... 165 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 166 Ⅲ 추진 전략 ... 171 Ⅳ 추진 실적 ... 174 Ⅴ 향후 계획 ... 186IV 저가원소 기반의 Cu계 화합물 박막 태양전지 고효율화 기술개발 ... 187 목차 ... 189 Ⅰ 일반현황 ... 191 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 192 Ⅲ 추진 전략 ... 195 Ⅳ 추진 실적 ... 199 Ⅴ 향후 계획 ... 219끝페이지 ... 220