스위스 연구팀, CIGS 박막 태양전지 효율 21.4% 최고 기록 달성

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-09-08 19:12:02
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* 현재 결정질 실리콘 태양 전지 효율은 최고 26.7%
* Empa 연구소의 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드 태양 전지(CIGS)는 21.4% 효율 달성
* 온실, 운송 차량, 비행선 및 휴대용 전자 제품용, 건물의 지붕과 정면 적용에 특히 적합

플렉서블 태양전지 신기록
유연한 박막 태양 전지는 21.4%의 효율을 달성


태양으로부터의 전기:
폴리머를 기반으로 하는 유연한 박막 태양 전지의 효율성이 점점 더 높아지고 있다.
최근 스위스 연구팀이 효율성에 대한 새로운 기록을 세웠다. 유연한 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드 태양 전지(CIGS)는 햇빛을 전기로 변환할 때 21.4%의 효율을 달성했다. 이것은 박막 태양 전지가 일반적인 강성 실리콘 패널에 점점 더 가까워지고 있다는 의미다. 

▲ 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄 반도체 요소로 만들어진 유연한 CIGS 태양 전지는 그 어느 때보다 높은 수준의 효율성을 달성했다. © Empa

광전지와 관련해 경질 결정질 실리콘 태양 전지가 여전히 표준이다.
최고 효율 수준은 지금까지 26.7%였다. 이에 반해 유기 태양 전지는 오랜 기간 뒤쳐져 있었다. 이러한 유연한 고분자 기반 박막 태양 전지에서 반도체는 플라스틱 캐리어 필름에 얇은 층으로 인쇄된다. 생성된 셀은 가볍고 유연하며 신축성 있는 직물에도 적용할 수 있다.

최근 몇 년 동안 부품 및 제조 방법의 발전으로 유기 태양 전지의 효율이 꾸준히 향상되고 있다. 그들은 결정질 실리콘 전지에 점점 더 가까워지고 있으며 따라서 광전지의 새롭고 다양한 용도가 주목받고 있다.

21.4% 효율성

최근 스위스 Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa의 로메인 카론(Romain Carron) 주변 연구원들이 새로운 기록을 세웠다. 그들이 발전시킨 유연한 박막 태양 전지는 프라이부르크에 있는 ISE(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)의 ​​독립적인 테스트에서 확인된 바와 같이 처음으로 21.4%의 효율을 달성했다. 이것은 폴리머 기반 태양 전지를 결정질 패널에 더욱 가까워진 효율이다.

이에 대한 기초는 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드 반도체 또는 줄여서 CIGS 태양 전지를 사용하는 태양 전지의 더욱 최적화된 버전이다. 이 박막 셀은 저온 증발 방식으로 제조된다. 광흡수 반도체 물질인 Cu(In,Ga)Se2는 고분자막 위에 웨이퍼 박막 형태로 서서히 증착된다.

도핑 및 후처리 최적화

CIGS 태양 전지의 새 버전을 위해 연구원들은 반도체 층과 알칼리 도펀트의 구성을 최적화했다. 그들은 태양 전지가 처리 후 결합된 열과 빛에 노출되는 과정을 테스트했다. 이로 인해 광전지 성능이 향상됐으며 팀 보고서에 따르면 몇 달 후에도 안정적으로 유지됐다.

이 기술이 적용된 유연하고 가벼운 태양광 모듈은 온실, 운송 차량, 비행선 및 휴대용 전자 제품을 위해 건물의 지붕과 정면에 적용하기에 특히 적합하다. Empa 과학자들은 이미 이러한 애플리케이션을 위한 이러한 태양 전지의 산업적 롤투롤 생산에 대해 파트너와 협력하고 있다.
출처: Switzerland Empa - 연방 재료 시험 및 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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