스위스의 한 연구팀은 경량이면서 유연성을 가진 CIGS 태양전지(Copper Indium Gallium Selenide Solar Cell)가 무거우면서 값비싼 설치 비용이 필요한 다른 태양전지들과 비교했을 때 충분한 경쟁력을 지니고 있음을 보여주었다.

 

경량의 플렉서블 박막태양전지(Flexible Thin Film Solar Cells)는 무선항공기 동력 공급과 같이 더 많은 무게를 갖고 있는 일반적인 태양전지판이 사용될 수 없는 일부 틈새시장에 매우 적합한 아이템이다.

 

또한 쉽게 설치되도록 설계되어 있어 태양발전에 필요한 비용 중 가장 큰 부분의 하나로 인식되고 있는 설치비용 절감에 도움이 된다. 물론 화석연료에서 얻어지는 전력을 대체하기 위해서 박막태양전지의 제조비는 지금보다 훨씬 더 낮아져야 하며, 효율도 더 높아야 할 것이다.

 

이에 스위스 국립연구소인 Empa의 연구진은 빛을 흡수하고 태양전지 내 광전류 흐름에 기여하는 CIGS 층의 물성을 변경하여 이러한 목표를 달성하기 위해 노력하고 있다. 이들은 일반적으로 많이 사용되고 있는 실리콘 태양전지와 비교했을 때 값싸게 만들 수 있는 플렉서블 태양전지의 새로운 효율 기록을 발표하였다. 물론 이 기술을 상용화하는 과정에는 많은 어려움이 뒤따를 것으로 예상된다.

 

CIGS 박막태양전지는 실리콘 태양전지와 비교하여 비교적 적은 양의 재료만을 사용하여 신속히 제조할 수 있기 때문에 경제성 부분에서 많은 장점을 갖고 있다. CIGS 태양전지를 플렉서블한 플라스틱이나 금속박 위에서 제조할 수 있다면 무거우면서 매우 단단한 특성을 가진 일반 실리콘 태양전지판과 다르게 높은 유연성을 부여할 수 있다.

 

그러나 지금까지 CIGS 태양전지의 적용에 있어 가장 큰 문제점은 일반 실리콘 태양전지만큼 효율이 높지 않다는 것이며, 이 때문에 다른 기술과의 경쟁을 어렵게 만들고 있다. 태양전지의 효율은 발전비용을 절감할 수 있는 가장 강력한 수단이다. 효율을 개선하면 태양발전 설비를 설치하는데 필요한 태양전지판의 수를 줄일 수 있어 전지판 비용 및 인건비를 절약할 수 있다.

 

이번에 연구팀이 선보인 박막태양전지의 효율은 20.4%이다. 이는 지붕에 사용되는 태양발전용 슁글과 같이 상업용 플렉서블 CIGS 태양전지의 일반적인 효율인 약 13%에 비해 매우 우수한 결과이다. 또한 약 16%의 효율을 보여주고 있는 일반 실리콘 태양전지(Silicon Solar Cell)와 비교할 때에도 우수하다고 볼 수 있다. 참고로, 고비용이 필요한 일부 프리미엄 실리콘 태양전지의 최대 효율은 24%이다.

 

연구팀은 지난 수년 동안 CIGS 태양전지의 효율 개선에 노력해왔다. 이들은 지난 1999년 12.8%의 효율을 가진 CIGS 박막태양전지를 개발하였으며, 2005년 17.6%, 2011년 18.7%로 효율을 개선시킨 바 있다.

 

실험실 규모에서 이러한 효율을 달성했다는 것이 실제 생산라인에서도 지속될 수 있다는 의미는 아니다. 한 회사가 개발한 최고 효율의 태양전지(Champion Cells) 대비 약 30% 낮은 효율의 태양전지를 생산할 수 있다는 것이 일반적인 의견이다.

 

또한 이 기술은 다른 회사들과의 기술적 경쟁에서 살아남을 수 있어야 한다. 예를 들어, Alta Devices와 같은 회사는 다른 재료를 이용하여 더 높은 효율의 플렉서블 태양전지를 개발하였으며, 이들의 최대 효율은 28.8%인 것으로 나타났다. 그러나 향후 박막태양전지가 다른 일반 실리콘 태양전지와 시장 경쟁에서 살아남기 위해서는 제조비용을 낮춰야 할 필요성이 있다.

 

 

 

 

Lightweight, flexible solar cells are great for some niche applications-such as powering drones-where heavier, conventional solar panels won’t work. They could also help reduce the cost of installation, which is one of the biggest parts of the cost of solar power, by making solar panels easier to install. But to take on power from fossil fuels, such cells need to be both far more efficient and cheaper to make.

 

Some Swiss researchers have taken a step in that direction, announcing a record solar cell efficiency for a type of flexible solar cell that could be cheap to make. But commercializing the technology will be difficult.

 

The researchers announced that they’ve set a new record for flexible copper indium gallium selenide (CIGS) solar cells, a type of solar cell that has the potential for low costs because it can be made quickly with relatively small amounts of material. CIGS cells, if made on a flexible plastic or metal foil, can also be flexible, unlike conventional silicon solar panels, which are heavy and rigid. But CIGS cells aren’t as efficient as conventional silicon ones, making it hard for the technology to compete. Efficiency is the most powerful lever for reducing solar power costs. Improved efficiency reduces the number of solar panels needed for a given installation, saving on the cost of panels and labor.

 

The researchers demonstrated solar cells with an efficiency of 20.4 percent, which is far better than the roughly 13 percent efficiency of flexible CIGS cells used in commercial applications such as solar rooftop shingles. It’s also better than typical silicon solar cells, which are roughly 16 percent efficient (higher cost, premium silicon solar cells can have efficiencies as high as 24 percent).

 

Hitting a record efficiency in the lab, however, is a far cry from achieving those efficiencies on a production line. It’s common for production cells to be 30 percent less efficient than a company’s champion cells. The researchers will also need to contend with competition from companies such as Alta Devices, which have achieved higher efficiencies for flexible solar cells using different materials (see “Alta Devices: Finding a Solar Solution”). Alta Devices’s best cells are 28.8 percent efficient, but it needs to lower its manufacturing costs to compete with conventional solar panels.