태양전지 종류

안녕하세요. 태양광 전문 업체 솔라커넥트입니다.

질문자님께서 문의주신 부분을 요약하면 크게 다음과 같았습니다.

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1) 태양전지 종류

2) 태양전지 최신 연구 트렌드

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공학을 배우지 않았다고 말씀하셨으니, 본격적으로 설명드리기에 앞서 알아두면 좋은 정보를 먼저 알려드리겠습니다. 아래 포스팅을 통해 태양광 전문 용어와 익숙해지신다면 태양광 생태계를 이해하는 안목이 더욱 넓어지실 겁니다.

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- 태양광 발전과 태양열 발전의 원리 및 차이:

http://blog.solarconnect.kr/221550413807

- 태양광 발전에서 자주 쓰이는 단위 (W, kW, MW, Wh, Wp):

http://blog.solarconnect.kr/221550413807

- 태양광 모듈과 패널의 차이:

http://blog.solarconnect.kr/221550413807

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1) 태양전지 종류

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태양전지를 분류하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다.

첫 번째, 소재에 따라 분류하는 방식

두 번째, 흡수층의 형태에 따라 분류하는 형식 입니다.

흔히 태양전지 시장에서는 "결정질 실리콘 태양전지"와 "박막 태양전지"로 나누어서 부르는데요. 이는 두 번째 방식인 흡수층 형태에 따라 분류한 방식에 가깝습니다. 참고로 현재 태양전지 시장은 결정질 실리콘 태양전지가 훨씬 큽니다.

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1-1) 결정질 실리콘 태양전지 - 단결정, 다결정

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1세대 태양전지라고 불리는 결정질 실리콘 태양전지는 다시 다결정, 단결정 태양전지로 구분됩니다. 내부 구조가 일정하게 배열된 덩어리를 만들 경우 단결정, 이러한 단결정 물질들이 뭉쳐 하나의 큰 결정으로 합쳐져 있는 경우를 다결정이라고 이해하시면 쉽습니다. 위의 사진을 보시면 육안으로도 두 태양전지의 차이점을 느끼실 수 있습니다. 다결정보다 단결정이 특별한 무늬나 흔적 없이 균일한 외면을 갖고 있죠.

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둘의 차이는 공정 방식에서 비롯됩니다. 단결정은 하나의 결정만을 정제해 훨씬 정교하고 복잡한 공정 과정을 필요로 하는 반면, 다결정은 여러 실리콘을 한꺼번에 녹여서 만들기에 비교적 덜 까다롭습니다. 서로 다른 공정 방식으로 생산되는 만큼 두 태양전지 전기적 특성이 다르고, 이로 인해 각각의 장단점 또한 다릅니다. 간략히 말씀드리면, 단결정은 효율이 높아 (약 19.5~20%) 적은 면적으로도 많은 전기를 생산할 수 있지만 비쌉니다. 다결정은 상대적으로 효율이 낮지만 (약 18~19%) 가격이 저렴하죠.

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1-2) 박막 태양전지

박막의 사전적 정의는 '기계가공으로는 실현 불가능한 두께 μm(마이크로미터) 이하의 엷은 막'입니다. 따라서 박막 태양전지는 매우 얇은 태양전지라고 생각하시면 되겠습니다. 2세대 태양전지라고 불리는 박막 태양전지는 무겁고, 두껍고, 딱딱한 다결정, 단결정 실리콘 태양전지에 비해 가볍고 플렉서블해 다음과 같이 다양한 용도로 활용이 가능합니다.

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- 영상 제목: 2018 세계 태양에너지 엑스포, 신개념 CIGS 박막형 태양전지에 LED 모듈 일체형 세계최초 개발 전시

- 출처: https://www.youtube.com/watch?v=tpORI5o5JUw

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- 영상 제목: 창문에 붙이면 시원.. '열 차단' 태양전지 기술 개발

- 출처: https://www.youtube.com/watch?v=M72fCkyqFqs

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박막 태양전지의 경우 가격경쟁력과 내구성 문제로 기술 개발 단계에 있습니다. 뉴스를 보면 우리나라 연구진들이 최고 효율을 달성하는데 성공했다는 소식이 자주 들리는데요. 상용화 단계에서 부딪힌 여러 문제점들을 극복해, 다양한 분야와의 접목으로 새로운 가치를 만들어 낼 박막 태양전지의 미래를 기대해보겠습니다. 추가적으로 사용 원료에 따라 비정질, CdTe(카드뮴 텔루르), CIGS(셀렌화구리인듐갈륨, copper indium gallium selenide), DSSC(염료 감응형 태양 전지, dye sensitized solar cell) 등으로 나뉘기도 하는데요. 이 부분은 워낙 방대해 생략하도록 하겠습니다. 궁금하시면 각각의 키워드로 검색해보시길 추천드립니다.

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2) 최신 연구 트렌드

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결정질 실리콘 태양전지는 상용화가 완료되어 효율 개선과 두께를 줄이는 연구가 진행되고 있습니다. 한편 박막 태양전지는 가격 경쟁력 확보와 함께 플렉시블 태양전지의 개발이 진행되고 있습니다.

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더불어 말씀드리면 최근 페로브스카이트 태양전지 라는 분야가 크게 각광받고 있습니다. 페로브스카이트란 결정 구조 이름입니다. 두 종류의 양이온과 하나의 음이온이 1:1:3의 비율로 혼합되어 있는 구조인데요. 러시아 광물학자 L. A. Perovski 가 러시아 우랄산맥 근방에서 CaTio3 화합물이 특별한 구조를 갖는 것을 발견하고 자신의 이름을 따서 이 광물에 페로브스카이트라는 이름을 붙여주었다고 합니다. 이러한 구조적 특성 때문에 전기적으로 매우 우수한 특성을 갖고 있습니다. 현재 꾸준한 연구개발로 인해 실리콘 태양전지 생산단가의 1/5 수준 밖에 되지 않으면서 효율이 비슷한 수준까지 이르렀다고 하지만, 습도와 열에 취약하다는 단점이 있어 상용화는 되지 않은 상태입니다. 태양전지 기술에 혁신이 계속되어 하루 빨리 상용화되었으면 좋겠습니다 :)

- 페로브스카이트 태양전지 설명 참고 사이트: https://blog.naver.com/with_msip/221560433661

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이상 솔라커넥트였습니다. 감사합니다 :)

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