박막형 태양전지 는 일종의 태양 전지 . 유리, 플라스틱 또는 금속 기판 위에 광전지 재료의 얇은 층을 증착하여 만든 박막 태양전지는 일반적으로 기존의 결정질 실리콘 기반 태양전지에 사용되는 웨이퍼보다 훨씬 얇습니다. 박막 태양전지는 상업적으로 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS), 비정질 박막 실리콘(a-Si, TF-Si)을 포함한 여러 재료 중 하나로 만들어집니다.
태양전지는 제조에 사용되는 광흡수층의 종류에 따라 세대로 분류되는 경우가 많습니다. 가장 잘 확립된 1세대 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘으로 만들어집니다. 이는 현재 대부분의 태양광 PV 시스템에 사용되는 주요 기술입니다. 대부분의 유형 박막 태양전지는 비정질 실리콘(a-Si), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS) 또는 갈륨 비소(GaAs)와 같은 재료의 얇은 층을 사용하여 만들어진 로 분류됩니다 2세대 태양전지 . 더 새롭고 덜 확립된 재료로 만들어진 태양전지는 로 분류됩니다 . 3세대 또는 신흥 태양전지 여기에는 페로브스카이트, 염료 감응, 양자점, 유기 및 CZTS와 같은 혁신적인 박막 기술이 포함됩니다. 박막 태양전지.
박막 셀은 얇은 구조로 인해 더 가볍고 더 유연하다는 점을 포함하여 1세대 실리콘 태양전지에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 이는 건물 통합에 사용하기에 적합합니다. 광전지 및 창문에 적층할 수 있는 반투명 광전지 글레이징 재료로 사용됩니다. 다른 상업용 응용 분야에서는 세계 최대 규모의 일부 공장에서 견고한 박막 태양광 패널(두 개의 유리판 사이에 끼워져 있음)을 사용합니다. 태양광 발전소 . 또한, 제작에 사용된 재료는 박막 태양전지는 일반적으로 1세대 전지보다 더 비용 효율적인 간단하고 확장 가능한 방법을 사용하여 생산되므로 많은 경우 온실가스(GHG) 배출과 같은 환경 영향이 낮아집니다. 또한 박막 전지는 일반적으로 인체 독성 및 중금속 배출 측면에서 전력 생산을 위한 재생 가능 및 재생 불가능 소스보다 성능이 뛰어납니다.
특히 3세대 PV 재료 중에서 효율적인 광 변환에 대한 초기 과제에도 불구하고 2023년 현재 일부 박막 태양전지는 최대 29.1%의 효율을 달성했습니다. 단일 접합 박막 GaAs 셀은 표준 단일 접합 1세대 태양전지의 최대 효율인 26.1%를 초과합니다. 박막 기술을 접목한 다중접합 농축기 셀은 2023년 기준 최대 47.6%의 효율에 도달했습니다.
많은 박막 기술은 가속 수명 테스트에서 1세대 전지보다 작동 수명이 짧고 성능 저하 속도가 더 큰 것으로 밝혀졌는데, 이로 인해 배포가 다소 제한되었습니다. 전 세계적으로 박막 기술의 PV 시장 점유율은 2023년 현재 약 5%로 유지됩니다. 그러나 미국에서는 박막 기술이 훨씬 더 대중화되었습니다. 미국에서는 CdTe 셀만 2021년 새로운 유틸리티 규모 배치의 29%를 차지했습니다.
박막 태양전지에 대한 초기 연구는 1970년대에 시작되었습니다. 1970년 Ioffe Institute의 Zhores Alferov 팀은 최초의 갈륨 비소(GaAs) 태양 전지를 만들었고 나중에 이 연구와 기타 연구로 2000년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 2년 후인 1972년에 Karl Böer 교수는 박막 태양광 연구를 더욱 발전시키기 위해 델라웨어 대학에 에너지 변환 연구소(IEC)를 설립했습니다. 연구소는 먼저 황화구리/황화카드뮴(Cu 2S/CdS) 셀에 초점을 맞췄고 이후 1975년에 인화아연(ZnP) 및 비정질 실리콘(a-Si) 박막으로 확장했습니다. 31973 2년에 IEC는 주거용 건물 일체형 태양광 발전의 첫 번째 사례로 태양열 발전 주택 Solar One을 선보였습니다. 여러 회사에서 비정질 실리콘 박막 태양광 장치 개발을 시작하면서 항공우주 응용 분야가 크게 증가했습니다. 1980년 2에 Cu S/CdS의 경우 박막 태양광 효율이 10%로 증가했으며, 1986년에 ARCO Solar는 비정질 실리콘으로 제작된 최초의 상용 박막 태양전지인 G-4000을 출시했습니다.
1990년대와 2000년대에 박막 태양전지는 최대 효율이 크게 증가하고 기존 박막 기술이 새로운 분야로 확장되었습니다. 1992년 사우스플로리다대학교에서는 효율이 15% 이상인 박막 태양전지가 개발됐다. 불과 7년 후인 1999년에 미국 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)와 Spectrolab은 3접합 갈륨 비소 태양 전지에 협력하여 다음과 같은 목표를 달성했습니다. 효율성 32% . 같은 해 Kiss + Cathcart는 4 Times Square의 일부 창문에 투명 박막 태양전지를 설계하여 5~7가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 전력을 생산했습니다. 2000년에 BP Solar는 박막 기술을 기반으로 한 두 개의 새로운 상업용 태양전지를 출시했습니다. 2001년에는 린츠의 요하네스 케플러 대학교에서 최초의 유기 박막 태양전지가 개발되었습니다. 2005년에는 GaAs 태양 전지는 Radboud University의 연구원이 도입한 최초의 독립형(기판 없음) 전지로 더욱 얇아졌습니다.
이는 또한 전통적인 고체 물질의 이론적 효율성 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 지닌 새로운 3세대 태양광 물질의 탐구가 크게 발전한 시기였습니다. 1991년에 최초의 고효율 염료 감응형 태양전지가 개발되었으며, 이는 전지의 일반 고체 반도체(활성) 층을 광흡수 염료가 포함된 액체 전해질 혼합물로 대체했습니다. 2000년대 초반에 양자점 태양전지 개발이 시작되었고, 이 기술은 나중에 2011년 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 인증되었습니다. 2009년 도쿄 대학의 연구원들은 빛을 흡수할 수 있는 페로브스카이트 층을 생성한 Murase Chikao의 1999년 연구를 바탕으로 페로브스카이트를 활성층으로 사용하고 3% 이상의 효율을 달성한 새로운 유형의 태양 전지를 보고했습니다.
2010년대와 2020년대 초반의 박막 태양광 기술 혁신에는 3세대 태양광 기술을 새로운 응용 분야로 확장하고 생산 비용을 낮추려는 노력뿐만 아니라 2세대 및 3세대 재료 모두에 대한 상당한 효율성 향상이 포함되었습니다. 경인합성은 2015년 산업용 프린터로 제작한 플렉서블 태양전지인 잉크젯 태양전지를 최초로 출시했다. 2016년 MIT(매사추세츠 공과대학)의 Vladimir Bulović의 유기 및 나노구조 전자(ONE) 연구소는 비누 거품 위에 놓일 수 있을 만큼 가벼운 박막 셀을 만들었습니다. 2022년에는 같은 그룹이 직물에 통합된 유연한 유기박막 태양전지를 출시했습니다.
박막 태양광 기술은 전 세계 시장 점유율 1위를 차지했습니다. 1988년 새로운 광전지 배치의 32%를 차지한 후 수십 년 동안 감소하고 2009년에 다시 17%의 더 작은 최고점에 도달했습니다. 그 후 전 세계적으로 시장 점유율은 꾸준히 감소하여 2021년에 5%로 감소했지만, 박막 기술은 유틸리티 규모 생산의 30%를 포함하여 같은 해 미국 전체 시장 점유율의 약 19%를 차지했습니다.
