Cu(In,Ga)Se2 기반 탠덤 태양전지 연구현황 및 전망

  • 신동협 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 정인영 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 김기환 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 황인찬 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 안세진 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 어영주 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 조아라 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 조준식 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 박주형 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 안승규 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 송수민 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 유진수 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 이상민 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 이아름 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 곽지혜 (한국에너지기술연구원 태양광연구단) ;
  • 윤재호 (한국에너지기술연구원 태양광연구단)
  • Published : 2021.04.30

Abstract

Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 태양전지 연구개발은 1970년대부터 지속적으로 발전하여 유리 및 플렉서블 기판에서 모두 20% 이상의 고효율을 달성하였으며, 상용화도 성공적으로 이루었다. 최근 태양전지의 초고효율화를 위한 방안으로 태양전지를 적층하는 다중접합 태양전지 특히 제조원가를 고려한 탠덤 구조에 대한 연구가 상당히 주목을 받고 있다. 이는 페로브스카이트 태양전지를 상부셀로 적용하였을 때, 29.5%의 초고효율이 보고되었기 때문이다. 이런 추세로 보면 태양전지의 탠덤 구조는 초고효율화 달성에 필연적으로 사용될 것으로 생각된다. 하지만 초고효율화와 더불어 BIPV, VIPV, 모바일소자 등 심미성, 경량성, 유연성을 갖춘 다기능성 태양전지에 대한 요구까지 충족시키기 위해서는 궁극적으로 유연한 하부셀이 사용되어야 한다. 이런 점들을 고려하였을 때, 초고효율 유연 탠덤 태양전지의 하부셀로 유연 CIGS 박막 태양전지가 적합한 선택이 될 것으로 판단된다. 따라서 본 글에서는 CIGS 박막 태양전지를 기반으로 하는 탠덤 태양전지의 연구개발 현황에 대해서 살펴보고 향후 유연 탠덤 태양전지의 전망에 대해서도 기술하고자 한다.

Keywords

References

  1. https:// www.lmpv.nl/sq/
  2. Bo Chen, Xiaopeng Zheng, Yang Bai, Nitin P. Padture, Jinsong Huang. Adv. Energy Mater. 2017, 1602400.
  3. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html, Best Research-Cell Efficiency Chart.
  4. Kihwan Kim, Seung Kyu Ahn, Jang Hoon Choi, Jinsoo Yoo, Young-Joo Eo, Jun-Sik Cho, Ara Cho, Jihye Gwak, Soomin Song, Dae-Hyung Cho, Yong-Duck Chung, Jae Ho Yun. Nano Energy 2018, 48, 345. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.03.052
  5. J.-H. Wi, W.S. Han, W.-J. Lee, D.-H. Cho, H.-J. Yu, C.-W. Kim, C. Jeong, J.H. Yun, C.-I. Kim, Y.-D. Chung, IEEE J. Photovolt., 2018, 8, 840. https://doi.org/10.1109/jphotov.2018.2799168
  6. http://www.semiconductor-today.com/news_items/2014/FEB/STION_280214.shtml
  7. P. Liska, K. R. Thampi, M. Gratzel, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 203103. https://doi.org/10.1063/1.2203965
  8. Woo-Seok Jeong, Jin-Wook Lee, Soonil Jung, Jae Ho Yun, Nam-Gyu Park, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011, 95, 3419. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.07.038
  9. Sophie Wenger, Sieghard Seyrling, Ayodhya N. Tiwari, Michael Gratzel, Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 173508. https://doi.org/10.1063/1.3125432
  10. Sung Hwan Moon, Se Jin Park, Sang Hoon Kim, Min Woo Lee, Jisu Han, Jin Young Kim, Honggon Kim, Yun Jeong Hwang, Doh-Kwon Lee, Byoung Koun Min. Sci.Rep. 2015, 5, 8970.
  11. J. D. Meakin, R. W. Birkmire, L. C. DiNetta, P. G. Lasswell, J. E. Phillips. Solar Cells, 1986, 16, 447. https://doi.org/10.1016/0379-6787(86)90103-1
  12. X. Wu, J. Zhou, A. Duda, J. C. Keane, T.A. Gessert, Y. Yan, R. Noufi, Symposium F - Thin-Film Compound Semiconductor Photovoltaics, 2005, 865, F114.
  13. T. Nakada, S. Kijima, Y. Kuromiya, R. Arai, Y. Ishii, N. Kawamura, H. Ishizaki, N. Yamada IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference 2006, 1, 400.
  14. M. Schmid, R. Caballero, R. Klenk, J. Krc, T. Rissom, M. Topic, M. Ch. Lux-Steiner, EPJ Photovolt. 2010, 1, 10601. https://doi.org/10.1051/epjpv/2010002
  15. A. J. Blanker, P. Berendsen, N. Phung, Z. E. A. P. Vroon, M. Zeman, A. H. M. Smets, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2018, 181, 77. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.02.017
  16. Teodor Todorov, Talia Gershon, Oki Gunawan, Yun Seog Lee, Charles Sturdevant, Liang-Yi Chang, Supratik Guha, Adv. Energy Mater. 2015, 1500799. https://doi.org/10.1002/aenm.201500799
  17. Colin D. Bailie, M. Greyson Christoforo, Jonathan P. Mailoa, Andrea R. Bowring, Eva L. Unger, William H. Nguyen, Julian Burschka, Norman Pellet, Jungwoo Z. Lee, Michael Gratzel, Rommel Noufi, Tonio Buonassisi, Alberto Salleo, Michael D. McGehee, Energy Environ. Sci., 2015,8, 956-963. https://doi.org/10.1039/C4EE03322A
  18. Fan Fu, Thomas Feurer, Timo Jager, Enrico Avancini, Benjamin Bissig, Songhak Yoon, Stephan Buecheler, Ayodhya N. Tiwari, Nat. Commun. 2015, 6, 8932. https://doi.org/10.1038/ncomms9932
  19. Fan Fu, Thomas Feurer, Thomas Paul Weiss, Stefano Pisoni, Enrico Avancini, Christian Andres, Stephan Buecheler, Ayodhya N. Tiwari, Nat. Energy 2017, 2, 16190. https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.190
  20. Fan Fu, Stefano Pisoni, Thomas P. Weiss, Thomas Feurer, Aneliia Wackerlin, Peter Fuchs, Shiro Nishiwaki, Lukas Zortea, Ayodhya N. Tiwari, Stephan Buecheler, Adv. Sci. 2018, 5, 1700675. https://doi.org/10.1002/advs.201700675
  21. Thomas Feurer, Romain Carron, Galo Torres Sevilla, Fan Fu, Stefano Pisoni, Yaroslav E. Romanyuk, Stephan Buecheler, Ayodhya N. Tiwari, Adv. Energy Mater. 2019, 1901428.
  22. Dong Hoe Kim, Christopher P. Muzzillo, Jinhui Tong, Axel F. Palmstrom, Bryon W. Larson, Chungseok Choi, Steven P. Harvey, Stephen Glynn, James B. Whitaker, Fei Zhang, Zhen Li, Haipeng Lu, Maikel F.A.M. van Hest, Joseph J. Berry, Lorelle M. Mansfield, Yu Huang, Yanfa Yan, Kai Zhu, Joule, 2019, 3, 1734.
  23. https://www.solliance.eu/2021/world-record-efficiency-on-a-tandem-solar-cell/
  24. Heping Shen, The Duong, Jun Peng, Daniel Jacobs, Nandi Wu, Junbo Gong, Yiliang Wu, Siva Krishna Karuturi, Xiao Fu, Klaus Weber, Xudong Xiao, Thomas P. White, Kylie Catchpole, Energy Environ. Sci. 2018, 11, 394. https://doi.org/10.1039/c7ee02627g
  25. https://www.imec-int.com/en/articles/perovskite-cigs-tandem-cell-with-record-efficiency-of-24-6-percent
  26. Yoon Hee Jang, Jang Mi Lee, Jung Woo Seo, Inho Kim, Doh-Kwon Lee, J. Mater. Chem. A 2017, 5, 19439. https://doi.org/10.1039/C7TA06163C
  27. Qifeng Han, Yao-Tsung Hsieh, Lei Meng, Jyh-Lih Wu, Pengyu Sun, En-Ping Yao, Sheng-Yung Chang, Sang-Hoon Bae, Takuya Kato, Veronica Bermudez, Yang Yang, Science 2018, 361, 6405.
  28. Marko Jost, obias Bertram, ibyashree Koushik, ose A. Marquez, Marcel A. Verheijen, Marc D. Heinemann, Eike Kohnen, Amran Al-Ashouri, Steffen Braunger, Felix Lang, Bernd Rech, Thomas Unold, Mariadriana Creatore, Iver Lauermann, Christian A. Kaufmann, Rutger Schlatmann, Steve Albrecht, ACS Energy Lett. 2019, 4, 583. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00135
  29. Amran Al-Ashouri, Artiom Magomedov, Marcel Ross, Marko Jost, Martynas Talaikis, Ganna Chistiakov, Tobias Bertram, Jose A. Marquez, Eike Kohnen Ernestas Kasparavicius, Sergiu Levcenco, Lidon Gil-Escrig, Charles J. Hages, Rutger Schlatmann, Bernd Rech, Tadas Malinauskas, Thomas Unold, Christian A. Kaufmann, Lars Korte, Gediminas Niaura, Vytautas Getautis, Steve Albrecht, Energy Env. Sci. 2019, 12, 3356. https://doi.org/10.1039/c9ee02268f
  30. Prog Photovolt Res Appl. 2020, 28, 629 ; Solar cell efficiency tables (version 56). https://doi.org/10.1002/pip.3303
  31. Stefano Pisoni, Romain Carron, Thierry Moser, Thomas Feurer, Fan Fu, Shiro Nishiwaki, Ayodhya N. Tiwari & Stephan Buecheler, NPG Asia Mater. 2018, 10, 1076. https://doi.org/10.1038/s41427-018-0099-1
  32. Sheng Li, Changlei Wanga, Dewei Zhao, Yidan An, Yue Zhao, Xingzhong Zhao, Xiaofeng Li, Nano Energy 2020, 78, 105378. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105378
  33. https://www.solliance.eu/2019/23-efficiency-for-flexible-cells-for-real/
  34. F. Fu, et. al., https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1907/1907.10330.pdf