태양광 발전 효율이 50%에 도달하는 시기가 점점 가까워지고 있습니다. 이는 탠덤 태양전지(Tandem Solar Cells) 기술의 발전 덕분입니다. 탠덤 태양전지는 서로 다른 두 가지 태양전지 셀을 결합하여 효율을 극대화하는 기술로, 현재까지 개발된 태양전지 중 가장 높은 효율을 자랑합니다.
탠덤 태양전지란?
탠덤 태양전지는 일반적으로 상부에 페로브스카이트 셀, 하부에 실리콘 셀을 배치하여 다양한 파장의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있습니다. 상부 셀은 고에너지 빛을, 하부 셀은 저에너지 빛을 흡수하여 광전 변환 효율을 높이는 방식입니다. 이 기술은 각각의 셀이 독립적으로 작동하는 단일 접합 태양전지에 비해 훨씬 높은 효율을 제공합니다.
최신 연구 및 개발 동향
- 프라운호퍼 ISE 연구소: 2022년 효율 47.6%의 탠덤 태양전지를 개발했으며, 이는 집광 조명 하에서 달성된 기록입니다. 일반 조명 조건에서도 39.2%의 높은 효율을 기록했습니다.
- 옥스퍼드 PV: 페로브스카이트-HJT 탠덤 태양전지로 초기 효율 34.6%를 달성했으며, 상용화 가능한 크기에서도 30.1%의 효율을 기록했습니다. 이는 상용화에 한 발 더 다가섰다는 의미입니다.
- 에너지연: 페로브스카이트와 CISSe를 결합한 저비용·고효율 탠덤 태양전지를 개발, 대기 환경에서도 쉽게 제조할 수 있는 기술을 선보였습니다.
상용화를 위한 도전 과제
탠덤 태양전지가 상용화되기 위해 해결해야 할 몇 가지 문제점이 있습니다. 첫 번째는 상부와 하부 셀 사이의 호환성 문제입니다. 두 셀의 열적, 기계적, 화학적, 전기적 특성이 달라서 이를 효과적으로 결합할 소재를 찾는 것이 어렵습니다. 또한, 여러 층 중 하나가 손상되면 태양전지 전체의 효율이 크게 떨어질 수 있습니다.
또한, 페로브스카이트 셀은 내구성이 약하고, 환경적 요인에 민감하여 안정성 문제를 해결해야 합니다. 투명 필름을 사용하여 자외선을 차단할 수 있지만, 이는 효율과 전도성, 내구성 사이의 상충 관계로 인해 한계가 있습니다.
‘한계효율 44%' , 한국형 탠덤 태양광 '기지개' < 신재생 < 에너지Biz < 기사본문 - 전기신문
‘한계효율 44%' , 한국형 탠덤 태양광 '기지개' - 전기신문
탠덤 태양전지는 2033년 3600억달러(한화 약 479조원, 퓨처마켓인사이트)에 달할 것으로 예측되는 태양광전지·모듈시장의 판도를 바꿀 전망이다. 서로 다른 파장을 흡수하는 다양한 소재를 조합해
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탠덤 태양전지는 태양광 발전의 미래를 선도할 기술로 주목받고 있습니다. 높은 효율을 제공하며, 발전소뿐만 아니라 일반 가정에서도 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 다만, 상용화를 위해서는 앞서 언급한 여러 도전 과제를 해결해야 합니다. 계속되는 연구와 개발로 인해 머지않아 50% 효율의 태양전지를 볼 수 있을 것으로 기대됩니다.