태양광 패널 기술의 최근 발전

태양광전지는 3세대로 분류되며 재료 특성에 따라 다양한 하위 유형으로 구분됩니다. 1세대와 2세대 셀은 생산단가가 높고 효율성이 떨어지는 문제가 있다.

박사. 라지 샤 씨 살로와 시디크 씨 미리날레니 다스 | 쾰러 인스트루먼트

산업혁명 이후 화석연료의 이산화탄소 배출로 인해 온실가스가 급격히 증가하고 있다. 2020년에도 중국, 인도, 미국, 일본 및 기타 신흥 경제국은 여전히 ​​세계 최대의 이산화탄소 배출국이었습니다. 이들은 모두 인구의 49.5%, 전 세계 국내 총생산(GDP)의 61.8%, 전 세계 총 화석 연료 소비의 65.2%(BP, 2021(3)), 전 세계 화석 이산화탄소 배출량의 66.7%를 차지합니다[1]. 기후 변화에 대한 인식이 높아지면서 보다 깨끗하고 지속 가능한 에너지원으로 전환하는 것의 중요성이 커지고 있습니다. 경제적, 환경적, 사회적 이점이 결합된 태양광 발전은 온실가스나 유해한 부산물을 배출하지 않으므로 수요가 더욱 높아집니다. 태양광 발전은 풍부함, 지역적 다양성, 지속적인 에너지 공급, 이산화탄소 배출 감소 및 낮은 발전 비용으로 인해 이용 가능한 많은 재생 가능 에너지 옵션보다 훨씬 더 실행 가능한 것으로 보입니다[1]. 이에 따라 태양광 산업 시장도 커지고 있다.

수년에 걸쳐 태양 에너지 기술이 발전해 왔습니다. 개선과 광범위한 적응은 태양광 발전이 더 저렴하고 효율적이라는 것을 의미합니다. 미국 전체 에너지 생산량의 약 4%가 태양광 발전에서 나옵니다. 이는 10년 전보다 거의 80배나 많은 수치입니다. 전체 신규 발전용량의 54%를 차지한다. 이에 따라 태양광산업은 2030년까지 전체 에너지 생산량의 30%를 달성하겠다는 목표를 세웠다. 현재 미국은 설치 용량이 108.7GWdc(2021년)로 세계에서 두 번째로 큰 태양광 발전 생산국입니다. 2008년 이후 태양광 발전 용량의 생산량은 0.34GWdc에서 62.4GWdc로 증가하여 10년도 안 되어 75배 증가했습니다[3]. 미국은 태양광 발전의 선도적인 생산국으로 떠오르고 있으며 이 기사에서는 최근 통계를 바탕으로 미래 태양광 시장의 미래 전망을 논의합니다. 또한 이 기사에서는 태양광 발전의 중요성이 커지고 2050년까지 순 제로 배출을 달성하는 것에 대해서도 조명합니다. 미국은 분석 계층 프로세스 및 회귀 분석을 사용하여 태양 잠재력을 기준으로 5개 계층으로 분류됩니다[3]. 그림 1은 2019년부터 미국의 에너지 혼합을 보여주며, 화석 연료가 여전히 지배적인 것을 볼 수 있습니다. 그러나 예측에 따르면 태양광은 현재 9%에 비해 2050년에는 48%를 차지할 것으로 예상됩니다[3].

그림 1: 미국의 1차 에너지원(2019) [3].

광전지는 지속적인 에너지 전환에 주요 기여자가 되었지만 더 높은 효율을 달성하고 태양 전지의 광학적, 양자적, 전기적 손실을 줄이려면 많은 개선이 필요합니다. 모든 종류의 손실을 줄이려면 다양한 고급 셀 제조 및 광전지 모듈 생산 방법이 필요합니다. 태양광전지는 3세대로 분류되며 재료 특성에 따라 다양한 하위 유형으로 구분됩니다. 1세대와 2세대 셀은 생산단가가 높고 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 예를 들어 1세대 단결정 태양전지는 다결정 태양전지에 비해 상대적으로 가격이 비싸다. 그리고 비정질 실리콘 PV 셀의 주요 단점은 실험실에서 도달한 최대 효율이 약 12%라는 것입니다. 이 값은 상업적 규모로 4~6% 사이에서 크게 저하됩니다[4]. 염료감응형 태양전지를 포함하는 3세대 전지에 많은 관심이 집중되어 왔으며 효율성 추세를 보면 앞으로 효율성이 향상될 것으로 나타났습니다.

염료감응형 태양전지(DSSC): DSSC는 박막 태양전지의 하위 클래스로, 생산 공정이 덜 복잡하고 도시 또는 기타 상업용 응용 분야를 방해하지 않기 때문에 실리콘 태양 전지의 훌륭한 대안입니다. 빛을 효율적으로 수확하고, 재결합 반응을 줄이고, 전하 수송 능력을 향상시키며, 염료 픽업을 증가시킬 수 있습니다. DSSC의 개략도는 아래 그림 2에 나와 있습니다.