금속 할라이드 칼코게나이드/실리콘 적층형 태양광 모듈의 비용 절감에 있어 모듈 효율 향상과 생산 능력 확대는 상호 보완적인 역할을 합니다. 미국 에너지부 산하 국립재생에너지연구소(NREL) 연구진은 제조업체의 생산 능력 확대 및 모듈 성능 개선 능력에 따라 각각의 비용 절감 방안이 비슷한 역할을 할 수 있다고 지적했습니다.
오늘날 제조되는 대부분의 태양광(PV) 모듈은 단일 접합 실리콘 태양 전지를 기반으로 합니다. 실리콘에 다른 태양 전지 재료(예: 금속 할로겐화물)를 결합하여 칼코게나이드(MHP) 적층체를 형성함으로써, 제조업체는 실리콘만 사용했을 때보다 더 많은 햇빛을 전기로 변환할 수 있는 태양광 모듈을 만들 수 있습니다. 이러한 적층 기술은 아직 초기 단계에 있으며, MHP를 통합하는 다양한 방법이 연구되고 있지만 비용과 성능 측면에서 많은 불확실성이 존재합니다. 이러한 격차를 해소하기 위해 연구진은 기존 장치와 공급망 실험실 프로세스를 활용하여 다양한 접근 방식을 대규모로 비교할 수 있는 제조 비용 모델을 구축했습니다.
연구진은 적층형 모듈 제작에 대한 다양한 접근 방식을 조사하고, 제조 비용이 모듈 제작에 사용되는 재료, 디바이스 레이어 수, 디바이스 생산 비용, 공장 위치 및 기타 요인에 얼마나 민감한지 비교했습니다. 그 결과, 제조 비용에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 공장 생산량과 모듈 효율성인 것으로 나타났습니다.
"이 논문이 답하는 질문 중 하나는 '이러한 효율성의 가치는 무엇인가?'입니다."라고 학술지 'Joule'에 게재된 논문 '페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양광 모듈의 기술경제성 분석'의 주저자인 제이콥 코델은 말했습니다. "핵심은 모듈의 2.5% 절대 효율 향상이 발전소 규모를 두 배로 늘리는 것과 동일한 단위 용량당 비용 절감 효과를 제공한다는 것입니다."
이제 공개된 상세 비용 분석 모델(DCAM)을 사용하여 연구원들은 전 세계 여러 지역에 공장을 설립하거나 다양한 유형의 제조 인센티브를 적용하는 등 여러 시나리오를 테스트할 수 있었습니다. 이 모델을 통해 기업과 연구원들은 기준선을 활용하여 다양한 공정과 재료가 비용에 미치는 영향을 분석할 수 있습니다. 다만, 이 모델은 모듈의 에너지 생산성이나 수명은 다루지 않으며, 이는 현재 활발히 연구되고 있는 분야입니다.
연구진은 연간 생산 능력 3기가와트, 효율 25%의 미국 내 모듈 제조업체를 기본 모델로 삼아 효율과 제조 수율을 비교함으로써 발전량 증가에 따른 모듈 비용 변화를 분석했습니다. 코델 연구원은 "이번 연구는 장치 효율을 개선하고 모듈 와트당 비용을 절감하는 데 있어 연구의 힘을 보여주는 사례"라고 말했습니다.
마이클 우드하우스와 에밀리 워렌이 공동 저술한 논문에 따르면, 모듈 효율은 적층형 모듈의 비용을 예측하는 데 있어 매우 중요한 변수입니다. 이는 상업적으로 실현 가능한 태양광 발전에 필요한 효율과 내구성을 달성하기 위해 여러 변수들이 변화해 왔고 앞으로도 계속 변화할 것이기 때문입니다. 적층형 모듈은 가격 경쟁력을 확보하고 다른 태양광 기술과 함께 사용되기 위해서는 최소 25%의 효율을 달성해야 합니다. 칼코게나이드/실리콘 적층형 모듈의 상용화를 위한 다음 단계는 기술의 신뢰성을 향상시키고, 성능을 유지하면서 효율적인 소자의 면적을 전체 모듈 크기로 확대하는 것입니다.
