조 준 식_ 한국에너지기술연구원 책임연구원

1. 서 론

태양광발전은 태양빛이 갖는 광에너지를 직접 전기로 변환시켜주는 발전기술이다. 지속가능한 사회 구현과 지구온난화의 주요원인인 온실가스 저감을 통한 기후변화 적극 대응을 위하여 기존 화석에너지를 대체할 수 있는 신재생에너지 발전원으로 가장 활발한 기술개발 및 보급확대가 이루어지고 있다. 우리나라도 4차산업혁명과 신재생3020 정부정책을 기반으로 신재생에너지 중심의 새로운 전력 공급 생태계 조성에 노력하고 있으며 이 중 태양광발전이 가장 핵심적인 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 태양광발전은 2016년 약 75GW이상 신규설치된 것으로 조사되고 있으며 누적설치량도 300GW를 넘어서고 있다. 우리나라에서도 2016년 1GW 이상의 신규설치가 이루어졌으며 누적설치량은 4.3GW 수준에 이르고 있다. 향후 신재생3020 정부정책을 통하여 연간 2GW 이상으로 신규설치규모가 확대될 것으로 전망되고 있다.
태양전지는 태양광발전 시스템의 성능 및 가격을 결정하는 가장 중요한 구성요소이다. 태양전지는 소재나 형태에 따라 다양한 구분이 가능하며 현재 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용하는 결정질 실리콘 태양전지가 주요한 시장을 형성하고 있다. 그러나 최근에는 태양광발전이 단순발전 또는 대규모발전 형태에서 차세대 건물용(BIPV), 자동차용(VIPV), 모바일용(DIPV) 등의 분산발전 형태로 변화되고 있으며 다양한 비즈니스모델 발굴을 통하여 고부가가치 창출이 가능한 응용분야로 확대되어가고 있다. 이에 따라 우수한 발전성능과 더불어 다양한 기능성을 부여할 수 있는 박막 태양전지에 대한 관심이 크게 증대되고 있다. 박막 태양전지는 CIGS, CdTe, 실리콘 박막, 유기, 염료감응, 페로브스카이트 등 다양한 소재기반으로 개발되고 있다. 이 중 CIGS 박막 태양전지는 Cu, In, Ga, Se(또는 S)로 구성된 화합물 박막을 광흡수층으로 사용하는 태양전지로 광흡수 계수가 높아 박막 태양전지 중 가장 높은 광변환 효율(소면적 셀 22% 이상, 서브모듈 19% 이상)을 나타내고 있다. 또한 장기안정성과 옥외 실제 발전량이 우수하여 차세대 태양전지로 주목받아 왔다. 초기 박막 태양전지는 대부분 유리기판 위에 제조되어왔으나 최근에는 금속 또는 플라스틱과 같이 가볍고 유연한 플렉서블 기판 위에 태양전지를 제조하여 높은 발전효율과 더불어 다양한 형태나 기능성을 부여한 플렉서블 박막 태양전지에 대한 제품개발 요구가 증대되고 있다. 플렉서블 박막 태양전지는 제조공정 측면에서도 롤투롤 기반의 대량생산이 가능하여 태양전지 제조단가를 낮추는데도 유리하다. 본 글에서는 기존 유리기판 CIGS 박막 태양전지 대비 우수한 장점을 갖으며 새로운 응용분야 적용을 통한 신시장 창출이 가능한 플렉서블 CIGS 박막 태양전지의 기술현황 및 향후 전망에 대하여 기술하고자 한다.

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