박막 태양전지판이란?

1. 박막 태양광 패널이란 무엇입니까?

단결정 또는 다결정 실리콘으로 만들어진 1세대 태양전지와 달리, 박막형 태양광 패널은 다양한 유리, 플라스틱, 금속으로 구성된 표면에 단일 또는 다중 층의 PV 소자를 사용하여 제조됩니다. 햇빛을 전기로. 그리고 박막 태양광 기술에 가장 일반적으로 사용되는 것은 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS), 비정질 실리콘(a-Si) 및 갈륨 비소(GaAs)입니다.

2 박막 태양전지판의 구조

박막태양전지판은 다수의 박막형 태양전지로 구성되어 있으며, 태양으로부터 나오는 빛 에너지(광자)를 이용하여 광기전 효과를 통해 전기를 생산하는 장치입니다. 또한 레이어, 백시트 및 접속 상자가 포함되어 있으며 모두 함께 작동하여 태양광 패널의 정상적인 작동을 보장합니다.

박막태양전지란?

박막 태양전지는 광기전 효과에 의해 햇빛을 전기 에너지로 변환하는 전자 장치입니다. 박막 전지는 훨씬 적은 양의 재료를 사용하는 경향이 있습니다. 전지의 활성 영역은 일반적으로 두께가 1~10마이크로미터에 불과합니다. 또한, 박막 전지는 일반적으로 자동화된 연속 생산 공정인 대면적 공정으로 제조될 수 있습니다.

더욱이, 박막 태양광 패널은 산화주석과 같은 투명 전도성 산화물의 얇은 층을 사용하여 작동합니다. 박막 셀은 이종 접합이라고 불리는 인터페이스를 통해 전기장을 더 잘 생성하기 위해 반도체 재료의 많은 작은 결정 입자로 만들어집니다. 일반적으로 이러한 종류의 박막 장치는 반사 방지 코팅 및 투명 전도성 산화물의 증착을 포함하여 일부 기판에 순차적으로 증착되는 단일 장치, 즉 모놀리식으로 만들어질 수 있습니다.

레이어란 무엇입니까?

일반적으로 박막 태양광 패널은 스펙트럼의 고에너지 끝에서만 빛 에너지를 흡수하는 "창" 층이라고 불리는 매우 얇은(0.1 마이크론 미만) 층을 맨 위에 가지고 있습니다. 사용 가능한 모든 빛이 인터페이스(이종접합)를 통해 흡수층으로 전달되도록 충분히 얇고 충분히 넓은 밴드갭(2.8eV 이상)을 가져야 합니다. 창 아래의 흡수층은 일반적으로 p형으로 도핑되어 고전류를 위한 높은 흡수율(광자를 흡수하는 능력)과 적절한 밴드 갭을 갖추고 있어 좋은 전압을 제공합니다.

백시트란 무엇입니까?

백시트는 폴리머 또는 다양한 첨가제와 폴리머의 조합으로 태양전지와 외부 환경 사이에 장벽을 제공하도록 설계되었습니다. 여기에서 백시트는 태양광 패널의 내구성, 효율성 및 수명에 있어 중요한 구성 요소라는 것을 알 수 있습니다.

정션박스란?

전기 연결을 수용하고 보호하는 데 사용되는 전기 인클로저인 정션 박스는 전기 연결을 위한 안전하고 안전한 환경을 제공하여 활선과의 우발적인 접촉을 방지하고 향후 유지 관리 또는 수리를 단순화하도록 특별히 설계되었습니다. 일반적으로 PV 정션박스는 태양광 패널 뒷면에 부착되어 출력 인터페이스 역할을 합니다. 대부분의 태양광 모듈의 외부 연결은 MC4 커넥터를 사용하여 시스템의 나머지 부분에 쉽게 방수 연결이 가능하도록 합니다. USB 전원 인터페이스도 사용할 수 있습니다.

3 박막 태양광 패널의 개발 역사

박막 태양광 패널의 역사는 연구자들이 태양 에너지를 활용하기 위해 반도체의 박막(a-Si)을 사용하는 방법에 대한 최초의 탐구를 시작한 1970년대로 거슬러 올라갑니다. 항공우주 분야에서는 비정질 실리콘 박막 태양광 장치의 개발을 촉진합니다.

1980년대에는 기술 발전으로 인해 기존 박막 소재를 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 및 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS)과 같은 새로운 소재로 확장하는 것이 가능해졌으며, 이는 더 높은 변환 효율과 더 낮은 생산 비용을 제공합니다.

1990년대와 2000년대는 새로운 3세대 태양광 소재(기존 고체 소재의 이론적 효율성 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 지닌 소재) 탐색이 크게 발전한 시기였습니다. 염료감응형 태양전지, 양자점 태양전지 등 신제품이 개발됐다.

2010년대와 2020년대 초반의 박막 태양광 기술 혁신에는 3세대 태양광 기술을 새로운 응용 분야로 확장하고 생산 비용을 낮추려는 노력이 포함되었습니다. 2004년 NREL(National Renewable Energy Laboratory)은 CIGS 박막 모듈 효율 19.9%라는 세계 신기록을 달성했습니다. 2022년에는 유연한 유기 박막 태양전지가 직물에 통합되었습니다.

요즘에는 제작물에 통합된 유연한 유기 박막 태양전지가 기존 실리콘 패널보다 더 나은 선택이 되었습니다. 그리고 박막 기술은 미국 전체 태양광 패널의 약 19%를 차지했습니다. 유틸리티 규모 생산의 30%를 포함해 같은 해 시장 점유율을 차지했습니다.

4. 태양광 패널의 종류

박막태양전지를 제조하는데 사용되는 재료는 여러 종류가 있는데, 그 원료에 따라 4가지 종류로 나눌 수 있다 

l 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 박막 패널은 유리나 스테인레스 스틸과 같은 기판 재료에 증착된 카드뮴 텔루라이드의 얇은 층을 반도체 재료로 사용하는 태양광 패널의 일종입니다. 가볍고 설치가 쉬울 뿐만 아니라 저조도 조건에서도 에너지 생산량이 높아 흐리거나 흐린 날씨에도 전력을 생산할 수 있습니다. CdTe 박막 태양전지 패널은 표준 테스트 조건(STC)에서 19% 효율에 도달한 것으로 추정되지만, 단일 태양전지는 22.1% 효율을 달성했습니다. 그러나 카드뮴은 제대로 처리하지 않을 경우 환경에 피해를 줄 수 있는 중금속이기 때문에 독성에 대한 우려가 있습니다.

l CIGS(Copper Indium Gallium Selenide) 박막 패널은 스퍼터링 공정을 통해 기판 위에 몰리브덴(Mo) 전극층을 배치하여 제조됩니다. 다른 PV 기술에 비해 효율이 높으며 향후 이론 효율 33%를 달성할 수 있습니다. 또한 깨지거나 깨지는 경향이 적고 조작이 쉽습니다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 비용이 다른 기술에 비해 상대적으로 비싸기 때문에 향후 개발을 방해할 수 있습니다.

l 비정질 실리콘(a-Si) 박막 패널은 p-i-n 또는 n-i-p 구성과 함께 유리판 또는 유연한 기판을 처리하여 제조됩니다. a-Si 박막 패널의 장점은 유연성과 경량 구조를 포함하므로 캠핑이나 원격 센서 전원 공급과 같은 휴대용 애플리케이션에 사용하기에 이상적입니다. 그러나 이들 패널에 사용되는 전도성 유리는 가격이 비싸고 공정도 느리기 때문에 가격이 $0.69/W에 육박할 정도로 비교적 고가이다.

l 갈륨비소(GaAs) 박막패널은 제조공정상 일반 박막태양전지보다 더 복잡합니다. 최대 39.2%의 높은 효율을 달성하고 열과 습기에 더 강하다는 점은 언급할 가치가 있습니다. 그럼에도 불구하고 제조 시간, 재료 비용, 고성장 재료로 인해 실행 가능성이 떨어지는 선택입니다.

5.박막 태양전지판의 응용

실리콘 태양광발전의 새로운 대안으로, 박막형 태양광 패널은 주로 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.

l 건물일체형태양광발전(BIPV)

박막 PV 패널은 실리콘 패널보다 최대 90% 가벼울 수 있기 때문에 전 세계적으로 널리 인기를 끌기 시작한 응용 분야 중 하나는 태양광 패널을 지붕 타일, 창문, 약한 구조물 등에 부착하는 BIPV입니다. 추가적으로,  일부 유형의 박막 PV는 반투명하게 만들어 집과 건물의 미관을 유지하는 동시에 태양광 발전의 가능성을 허용합니다.

l 우주 응용

경량, 고효율, 넓은 작동 온도 범위, 방사선에 대한 손상 저항성 등의 장점으로 인해 박막 태양광 패널, 특히 CIGS 및 GaAs 태양광 패널은 우주 응용 분야에 이상적입니다.

l 차량 및 해양 응용 분야

박막 태양광 패널의 일반적인 응용 분야 중 하나는 차량 옥상(특히 RV 또는 버스)과 보트 및 기타 선박의 갑판에 유연한 PV 모듈을 설치하는 것입니다. 이는 미적 감각을 유지하면서 전기에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.

l 휴대용 애플리케이션

휴대성과 크기 덕분에 향후 몇 년간 크게 성장할 것으로 예상되는 소형 자가 구동 전자 장치 및 사물 인터넷(IoT) 부문에서 지속 가능한 개발이 가능해졌습니다. 그리고 기술이 발전함에 따라 접이식 태양광 패널, 태양광 발전 은행, 태양광 발전 노트북 등을 사용하여 원격 위치에도 추가로 적용될 수 있습니다.

6.박막형 태양전지판 개발 동향

전 세계적으로 태양 에너지에 대한 수용이 증가하고 엄격한 에너지 제한이 시행되고 녹색 에너지원을 그리드에 통합하려는 정부의 노력이 증가함에 따라 박막 태양광 패널은 2030년까지 약 271억 1천만 달러에 달할 것으로 예상되며, 2019년부터 8.29%의 놀라운 CAGR을 기록할 것입니다. 2022년 ~ 2030 증가는 장점과 R에 의해 주도됩니다.&D, 매우 경제적이고 쉽게 만들 수 있으므로 재료를 덜 사용하고 폐기물을 덜 생성합니다. 그리고 R&태양전지의 내구성과 성능을 향상시키는 D는 또한 시장 성장을 위한 새로운 기회를 창출할 것입니다.

그러나 기회는 도전과 함께 찾아옵니다. 높은 수준의 경쟁, 변화하는 규제 환경, 부족한 재정 및 자원의 가용성으로 인해 현재 글로벌 시장 점유율의 상당 부분을 차지하지 못할 수도 있습니다.

7 박막 태양광 패널 투자 분석

최근 몇 년 동안 박막 태양전지 시장이 발전하고 있는 것으로 보이며 이는 여러 가지 요인에 의해 주도되고 있습니다.

l 제품 유형 분석

2018년에 CdTe는 기존 화석 연료 에너지원보다 훨씬 낮거나 동등한 가격으로 전기를 생산했습니다. 무독성이고 저렴한 운영 및 생산 비용으로 인해 현재 카드뮴 텔루라이드 카테고리가 전 세계 박막 태양전지 시장을 지배하고 있으며 예측 기간 내내 가장 빠른 속도로 계속 성장할 것으로 예상됩니다.

l 최종 사용자 분석

설치 및 유지 관리 비용을 낮추기 위한 개발 및 연구가 증가함에 따라 소비자 요구가 높아질 수 있습니다. 2022년에는 유틸리티 시장이 전 세계 박막 태양전지 시장을 장악했으며, 예측 기간 내내 가장 빠른 속도로 계속 발전할 것으로 예상됩니다. . 박막 태양광 패널은 훨씬 느린 속도로 분해되기 때문에 기존 c-Si 태양광 패널에 대한 잠재적인 대안을 제공합니다.

l 지역분석

아시아태평양은 2022년 세계에서 가장 큰 박막 태양전지 지역이었으며, 여러 요인에 의해 계속해서 가장 높은 속도로 확장될 것으로 예상된다. 예를 들어, 전 세계 최대 태양광발전 시장인 중국은 2030년까지 재생에너지 목표를 20%에서 35%로 높일 예정이다. 그리고 중국의 유틸리티 규모의 태양광 발전 시설은 대부분 박막 기술을 사용합니다. 더욱이 일본은 앞으로도 지속 가능한 전력만을 사용하겠다고 선언했다.

8 고품질 박막 태양광 패널을 위한 고려 사항

태양광 패널을 구입할 때는 가격과 품질뿐만 아니라 다른 요소도 고려해야 합니다.

엘 효율성: 효율성이 높으면 더 많은 태양 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다. 일반적으로 전하 캐리어의 농도가 높을수록 전도성이 증가하여 태양 전지의 효율이 높아질 수 있습니다. 태양전지에 집광 장치를 추가하면 효율을 높이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 전지 생산에 필요한 공간, 재료, 비용을 줄일 수도 있습니다.

l 내구성과 수명: 일부 박막 모듈은 다양한 조건에서 성능 저하 문제도 발생합니다. 모든 재료 중에서 CdTe는 온도에 따른 성능 저하에 대한 저항력이 가장 뛰어납니다. 다른 박막 소재와 달리 CdTe는 온도 및 습기와 같은 환경 조건에 대해 상당히 탄력적인 경향이 있지만 유연한 CdTe 패널은 가해진 응력이나 변형에 따라 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

l 무게: 박막형 태양전지판의 밀도를 말합니다. 일반적으로 박막형 태양광 패널은 무게가 가볍기 때문에 지붕에 자중이 가해지는 것을 두려워해서는 안 됩니다. 그럼에도 불구하고, 설치 시 과부하가 발생하지 않도록 제품을 선택할 때 무게를 고려해야 합니다.

l 온도: 이는 박막 태양광 패널이 작동할 수 있는 최소 및 최대 온도를 의미합니다. 일반적으로 모든 최고의 박막 태양광 패널은 최소 온도가 -40°C, 최대 온도가 80°C인 것으로 간주됩니다.