2. 경쟁구조분석
2.2. 광변환 효율 경쟁현황
□ 단결정 태양전지 광변환 효율
2014년 상반기 기준으로 단결정 실리콘 태양전지 중에서 가장 효율 이 높은 제품은 SunPower사의 SPR-327NE-WHT-D 모듈로서, 21.5%
의 효울을 나타낸다25). 이 제품의 사양은 다음과 같다.
<표 14> SunPower사 SPR-327NE-WHT-D 모듈
Mechanical Characteristics
Type Monocrystalline-AmorphousSiliconHybrid Output Terminal Type MulticontactConnectorType4
Frame Color Black
Length 61.4in(1,559mm)
Width 41.2in(1,046mm)
Depth 1.8in(46mm)
Weight 41lb(18.6kg)
Installation Method Rack-Mounted DC Electrical Characteristics
STC Power Rating 327W
PTC Power Rating 301.4W1
STC Power per unit of area 18.6W/ft2(200.5W/m2)
Peak Efficiency 20.05%
Power Tolerances -0.6
Number of Cells 96
Nominal Voltage notapplicable
Imp 5.98A
Maximum System Voltage 600V 출처 : http://www.solardesigntool.com/
25) Clean Technica, “Which Solar Panels Are Most Efficient?”, 2014.2
SolarPlaza(2012)에 따르면, 가장 효율이 높은 단결정 태양전지는 다 음 <표 15>와 같다26).
<표 15> 고효율 단결정 실리콘 태양전지 Top 10
Rating Manufacturer Module Efficiency Module Type
1 Sunpower 20.40% E20 / 333 SOLAR PANEL
2 AUO 19.50% PM318B00
3 Sanyo Electric 19.00% HIT-N240SE10
4 Jiawei 18.30% JW-S100
5 Crown
Renewable
Energy 18.30% Summit 100LM
6 Idea Solar 17.50% IS-W234
7 Winaico 17.15% WSP-285M6
8 PVT Austria 16.88% PVT-2xxMAE-A255
9 JA Solar 16.84% JAM5(L)-72-215/SI
10 Zytech 16.84% ZT 215S
출처 : SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient Solar PV Modules (Mono-Crystalline)”, 2014, Ÿ Cell Efficiency: 22.80%
Ÿ Cell Type: Sunpower Maxeon Cell
② AUO
26) SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient Solar PV Modules (Poly-Crystalline)”, 2014
Ÿ Module Efficiency: 19.50%
Ÿ Module Type: PM318B00 Ÿ Cell Efficiency: n.a.
Ÿ Cell Type: n.a.
③ Sanyo Electric
Ÿ Module Efficiency: 19.00%
Ÿ Module Type: HIT-N240SE10 Ÿ Cell Efficiency: 21.60%
Ÿ Cell Type: HIT Cell Technology
④ Jiawei
Ÿ Module Efficiency: 18.30%
Ÿ Module Type: JW-S100 Ÿ Cell Efficiency: 21.01%
Ÿ Cell Type: n.a.
⑤ Crown Renewable Energy
Ÿ Module Efficiency: 18.30%
Ÿ Module Type: Summit 100LM Ÿ Cell Efficiency: n.a.
Ÿ Cell Type: n.a.
⑥ Idea Solar
Ÿ Module Efficiency: 17.50%
Ÿ Module Type: IS-W234 Ÿ Cell Efficiency: n.a.
Ÿ Cell Type: Sunways
⑦ Winaico
Ÿ Module Efficiency: 17.15%
Ÿ Module Type: WSP-285M6 Ÿ Cell Efficiency: n.a.
Ÿ Cell Type: n.a.
⑧ PVT Austria
Ÿ Module Efficiency: 16.88%
Ÿ Module Type: PVT-2xxMAE-A255 Ÿ Cell Efficiency: n.a.
Ÿ Cell Type: n.a.
⑨ JA Solar
Ÿ Module Efficiency: 16.84%
Ÿ Module Type: JAM5(L)-72-215/SI Ÿ Cell Efficiency: 19.10%
Ÿ Cell Type: SECIUM Mono 6 "(R200) JAC M6S
(10) Zytech
Ÿ Module Efficiency: 16.84%
Ÿ Module Type: ZT 215S
Suntech은 19.5%에 달하는 고효율 태양전지 ‘플루토’의 생산능력을 확
Sanyo Electric 일본 19.80% 19.50%
JA Solar 중국 18.90% 16.84%
Yingli Solar 중국 18.50% 16.20%
Trina Solar 중국 18.10% 16.40%
출처 : Greentech(2011). 나이스신용평가, “태양광산업 시장구조 재편에 따른 업체별 차별화”, KIS Credit Monitor, 2012.1
아래 표에서는 결정질 실리콘 태양전지 분야의 대표적 제조업체인
으며, SUNPOWER는 양산 태양전지로서는 최고의 효율(23%)을 달성하 였다.
<표 17> 결정질 실리콘 태양전지 공정기술 비교 (2011년 기준)
QCELLS SUNTECH SUNPOWER
-범용적 Si 태양전지 기술 -Screen Printing 전극 성막
-광흡수면 역피라미드 구조 -기판표면산화층(재결합방지)
-전극 후면배치(無Shading) -Copper Contact
-단결정 효율(up to 18%) -세계최고Lab효율 (24.7%) -공정복잡/고온공정
-세계최고 양산 태양전지 효율(23%)
-모듈효율 19.2%
-독 Q-Cell社 외 다수 -Suntech 19.2% 양산성공
(Photolithograph 배제) -Sunpowers 양산성공
출처 : 산은경제연구소, “글로벌 태양광산업의 전망과 전략적 시사점”, 2011
□ 다결정 태양전지 광변환 효율
2014년 기준으로 다결정 실리콘 태양전지 중에서 가장 효율이 높은 제품은 Solland Solar사의 Sunweb 모델로서, 최고 16.85%의 효울을 나 타낸다29). 이 제품의 Spec은 다음과 같다.
<표 18> Solland Solar사의 Sunweb 모델 특성
Cell class Pmpp(W) Efficiency(%) Voc(mV) Isc(A)
Sunweb156PS360 3.6 14.8 0.599 7.92
Sunweb156PS365 3.65 15 0.603 7.94
Sunweb156PS370 3.7 15.2 0.606 7.98
Sunweb156PS375 3.75 15.4 0.608 8.03
Sunweb156PS380 3.8 15.6 0.611 8.08
Sunweb156PS385 3.85 15.8 0.614 8.12
Sunweb156PS390 3.9 16 0.617 8.16
Sunweb156PS395 3.95 16.2 0.62 8.2
Sunweb156PS400 4 16.4 0.623 8.24
Sunweb156PS405 4.05 16.6 0.626 8.28
Sunweb156PS410 4.1 16.8 0.629 8.33
주) Values correspond to 1,000W/m², AM1,5 and 25°C (STC) 출처 : Solland DATASHEET. SUNWEB, 2014
Sunweb 모델의 기계적 Spec은 다음과 같다.
. Multicrystalline silicon material
. Dimensions 156 mm x 156 mm (± 0.5 mm)
. Thickness 220μm (± 40μm), 200μm (± 40μm), 180μm (± 30μm) . Contacts
Back: 16 emitter contacts (Ag) of Ø 3mm Back: 15 collector contacts (Ag) of Ø 3mm . Blue anti-reflecting coating
29) Clean Technica, “Which Solar Panels Are Most Efficient?”, 2014.2
. Fine line screen printed metallization
한편, SolarPlaza(2014)에 따르면, 가장 효율이 높은 다결정 태양전지 는 다음 <표 19>와 같다30).
<표 19> 가장 효율이 높은 다결정 실리콘 태양전지 Top 10
Rating Manufacturer Module Efficiency Module Type
1 Solland Solar 16.00% Sunweb
2 Siliken 15.70% SLK72P6L-305
3 LDK Solar 15.67% LDK-200P-24(s)
4 Vikram 15.63% Eldora 280 (300)
5 Wiosun 15.54% E300P
6 A2peak 15.50% P3-235-60 (250)
7 CNPV solar 15.40% CNPV-300P
8 Latitude Solar 15.30% Latitude P6-60/6 (250)
9 JA Solar 15.29% JAP6-60-250
10 China Sunergy 15.24% CSUN295-72P
출처 : SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient Solar PV Modules (Poly-Crystalline)”, 2014,
30) SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient Solar PV Modules (Poly-Crystalline)”, 2014
② Siliken
Ÿ Module Efficiency: 15.70%
Ÿ Module Type: SLK72P6L-305 Ÿ Cell Efficiency: /
Ÿ Cell Type: 72 polycrystalline 156x156mm
③ LDK Solar
Ÿ Module Efficiency: 15.67%
Ÿ Module Type: LDK-200P-24(s) Ÿ Cell Efficiency: 18.33%
Ÿ Cell Type: 72 (6x12) polycrystalline silicon solar cells 125x125 mm
④ Vikram
Ÿ Module Efficiency: 15.63%
Ÿ Module Type: Eldora 280 (300) Ÿ Cell Efficiency: /
Ÿ Cell Type: 72 pcs poly-crystalline solar cells (156x156mm), 2BB & 3BB
⑤ Wiosun
Ÿ Module Efficiency: 15.54%
Ÿ Module Type: E300P Ÿ Cell Efficiency: 17.12%
Ÿ Cell Type: 72 x 156x156mm polycrystalline
⑥ A2peak
Ÿ Module Efficiency: 15.50% matrix connected in series
⑧ Latitude Solar
Ÿ Cell Type: 60 polycrystalline 156x156mm
(10) China Sunergy
Ÿ Module Efficiency: 15.24%
Ÿ Module Type: CSUN295-72P Ÿ Cell Efficiency: /
Ÿ Cell Type: /
□ CIGS 박막 태양전지 광변환 효율
2014년 기준으로 CIGS 박막 태양전지 중에서 주목할 제품은 Manz사 의 M-GES101 모델로서, 셀 효율 20.3%, 모듈 효율 14.6%이다. 이 제품 의 Spec은 다음과 같다.
<표 20> Manz사의 M-GES101 특성
Rated Power Pmax 104.8 W Open Circuit Voltage Voc 95.3 V Short Circuit Current Isc 1.47 A Rated Voltage Vmpp 76.9 V Rated Current Impp 1.36 A 출처 : Manz brochure, 2012
Sunweb 모델의 기계적 Spec은 다음과 같다.
Ÿ Dimensions (L x W) 1,200 x 600 mm Ÿ Thickness 19 mm
Ÿ Glass thickenss 4 mm Ÿ Weight 13.14 kg
한편, SolarPlaza(2014)에 따르면, 고효율 CIGS 태양전지는 다음 <표 21>와 같다31).
31) SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient Solar PV Modules (CIGS)”, 2014
<표 21> 가장 효율이 높은 CIGS 태양전지 Top 10
Rating Manufacturer Module Efficiency Module Type
1 Manz 14.60% Manz M-GES101
2 Miasole 13.10% MS140GG
3 Q-Cells 12.70% Q smart UF 95
4 Solar Frontier 12.60% SF155-L
5 Avancis 12.60% PowerMax
6 Global Solar
Energy 12.60% PowerFLEX BIPV 300W 7 Yohkon Energia 12.30% YEC 200-160 8 Nanosolar 12.00% Nanosolar Utility Panel
9 Honda Soltec 11.60% HEM130PCB
10 New Energy
Solutions 11.40% NESI-CIGS
출처 : SolarPlaza, “Top 10 World's Most Efficient CI(G)S Modules”, 2014, http://www.solarplaza.com/top10-cigs-module-efficiency/
아래에 상기 제조업체의 CIGS 태양전지의 간략한 소개를 하였다.
① Manz
Ÿ Module Efficiency: 14.60%
Ÿ Module Type: Manz M-GES101 Ÿ Flexibility: Not flexible
② Miasole
Ÿ Module Efficiency: 13.10%
Ÿ Module Type: MS140GG Ÿ Flexibility: Not flexible
③ Q-Cells
Ÿ Module Efficiency: 12.70%
Ÿ Module Type: Q smart UF 95 Ÿ Flexibility: Not flexible
④ Solar Frontier
Ÿ Module Efficiency: 12.60%
Ÿ Module Type: SF155-L Ÿ Flexibility: Not flexible
⑤ Avancis
Ÿ Module Efficiency: 12.60%
Ÿ Module Type: PowerMax Ÿ Flexibility: Not flexible
⑥ Global Solar Energy
Ÿ Module Efficiency: 12.60%
Ÿ Module Type: PowerFLEX BIPV 300W Ÿ Flexibility: Flexible
⑦ Yohkon Energia
Ÿ Module Efficiency: 12.30%
Ÿ Module Type: YEC 200-160 Ÿ Flexibility: Not flexible
⑧ Nanosolar
Ÿ Module Efficiency: 12.00%
Ÿ Module Type: Nanosolar Utility Panel Ÿ Flexibility: Not flexible
⑨ Honda Soltec
Ÿ Module Efficiency: 11.60%
Ÿ Module Type: HEM130PCB Ÿ Flexibility: Not flexible
(10) New Energy Solutions
Ÿ Module Efficiency: 11.40%
Ÿ Module Type: NESI-CIGS Ÿ Flexibility: Not flexible
□ 박막 태양전지 광변환 효율 (일반)
2010년 8월을 기준으로 한 전세계 박막태양전지 업체별 상용화 효율 기술현황은 다음과 같다32)33).
32) SNE Research, “전세계 박막 태양전지 기술동향”, 2011-09-14
CIGS 태양전지는 박막 태양전지 중 가장 높은 효율을 보이지만 양산 화 공정의 까다로운 적용과 In, Ga 등의 고가의 재료를 사용해야 된다 는 점에서 양산화 공정상의 해결 과제가 남아있으며 CdTe 태양전지의 경우 낮은 제조 원가와 높은 효율에도 불구하고 중금속 Cd에 대한 부 정적인 인식 때문에 recycle 이슈 등 많은 문제점을 보유하고 있어 First Solar등 소수 업체만 생산을 진행하고 있다.
출처 : SNE Research, “전세계 박막 태양전지 기술동향”, 2011-09-14
<그림 48> 박막태양전지 업체별 상용화 모듈제품의 효율 현황 (2010.08기준)
상용화 a-Si 박막 태양전지의 경우 a-Si single 접합, a-Si/a-Si double 접합, tandem접합과 triple접합으로 구분되며 각 기술에 따라 4.0~7.0%, 3.5~7.5%, 7.7~9.3%, 10.4%의 모듈 효율을 나타내고 있다. 타 박막태양 전지에 비해 비교적 낮은 효율을 보이고 있는 특성상 tandem 접합을 적용한 공정을 선호하고 있으며 single 접합공정을 적용하고 있는 업체 들도 tandem접합으로의 전환을 검토 중이다. 또한 triple 접합을 개발 하고 있는 Uni-Solar와 Xunlight는 10%가 넘는 연구 효율을 보여주고 있지만 아직까지 양산화에는 성공하지 못해 6~7%정도의 효율을 기록 하고 있다.
33) 2011년 기준으로 박막태양전지 중 DSSC와 OPV는 아직 R&D단계이므로 생략함
a-Si의 경우 핵심을 이루고 있는 기술인 tandem(a-Si/μc-Si)의 최적화 를 위한 고속증착기술, 투명전극 tecturing 기술 개발 등이 공정상의 키 이슈로서 이를 바탕으로 한 국가별 연구개발과 상업화 동향을 분석 해보면 유럽지역과 일본 업체들은 tandem 구조를 위한 고속 증착기술 의 개발에 집중하고 미국은 flexible 태양전지의 최적화를 위한 노력을 진행하고 있다. 중국 및 대만지역 업체는 기술력의 부족으로 turnkey 장비의 설치와 저가형 양산장비 구축을 위한 노력을 하고 있으며 한국 은 LG, 삼성 등의 기업이 pc-Si의 개발, tandem 고속증착기술개발, interlayer 소재 개발 등을 목표로 연구를 진행 중에 있다.
출처 : SNE Research, “전세계 박막 태양전지 기술동향”, 2011-09-14
<그림 49> a-Si 박막태양전지 업체별 상용화 모듈제품의 효율 현황 (2010.08기준)
상용화 기술 기반의 CIGS박막 태양전지의 경우 대표적인 공법인 co-evaporation과 sputtering공법이 90%이상을 차지하며 그외의 공법 (Electro-chemical, Ion beam, Electro deposition)은 극소량만 양산중이 다. 그 중 coevaporation공법이 가장 높은 효율(7.8~11.7%) 분포를 보이 며 sputtering(7.0~11.0%)과 기타 공법(7.0~11.0%)이 그 뒤를 이었다.
가장 높은 효율을 보고하고 있는 공법은 3단계 동시 진공증발법으로 낮은 기판온도에서 In, Ga, Se을 증발시켜 전구체를 형성하고 두 번째
단계에서 기판의 온도를 상승시켜 Cu를 공급하여 전체적으로 Cu-rich 한 박막을 형성한 후 다시 In, Ga을 공급하여 표면에 Cu-poor한 조성 을 만들어 주는 공정이다. 공정의 재현성을 확보하고 결정립계가 큰 광흡수층을 얻기 위해서는 실시간으로 기판의 온도 및 조성을 제어하 는 것이 중요하다.
동시 진공증발법과 함께 CIGS 태양전지 제조법으로 널리 연구되고 있는 Sputtering경우 Mo이 증착된 유리기판에 Cu, In, Ga 등을 sputtering법으로 동시에 증착하여 전구체를 형성하고 그 후 Se/S 분위 기에서 열처리한다. 앞서 설명한 동시 진공증발법에 비해 조성이나 구 조를 조절하기는 힘든 측면이 있지만 대면적 광흡수층 제조에 용이하 다는 장점을 가지고 있다.
출처 : SNE Research, “전세계 박막 태양전지 기술동향”, 2011-09-14
<그림 50> CIGS 박막태양전지 업체별 상용화 모듈제품의 효율 현황 (2010.08기준)
유럽 국가들은 주로 co-evaporation 공법을 중심으로 하여 양산화 공 정을 진행 중이며 미국은 flexible R2R공정 위주, 일본은 전통적으로 진행해온 sputtering공법을 적용하고 있다.
CdTe는 Sputtering, Evaporation, Electrodeposition 등 다양한 방법으 로 제조가 가능하지만 일반적으로 CSS(close spaced sublimation) 공법
을 사용하는데 이는 장치가 간단하고 유지가 간편하며, 특히 소스와 기판과의 간격이 수 mm 정도에 지나지 않아 빠른 증착 속도로 대면 적 태양전지를 제조하기에 적합한 방식이다. 최근에는 CSS공정보다 양 산에 적합한 VTD(Vapor Transport Deposition) 공정이 적용되고 있다.
VTD 공정은 원소재를 가열하여 vapor를 만든 후 기판에 공급하는 방 식으로 현재 최고효율을 보유한 First Solar, IEC 등에서 적용하고 있 다. Calyxo는 CSS공법을 사용하고 있으며 Abound Solar는 CSS공법을 자사에 맞게 개량한 공법인 HPD(Hot Pocket Deposition)를 사용하여 진행하고 있다.
CdTe인 중심인 미국은 First Solar의 VTD공법, Abound Solar의 CSS 공법 위주로 양산화 공정이 개발되고 있으며 유럽지역은 Calyxo, Arendi SRL등의 기업을 중심으로 CSS공법이 주로 적용되고 있다.
출처 : SNE Research, “전세계 박막 태양전지 기술동향”, 2011-09-14
<그림 51> CdTe 박막태양전지 업체별 상용화 모듈제품의 효율 현황 (2010.08기준)
□ 태양전지 모듈별 최대 출력 온도 지수
대부분의 태양전지는 25℃가 넘는 조건에서는 효율이 떨어지게 된다.
제조업체들이 태양전지 출력에 대한 표기를 25℃를 기준으로 하는 이 유가 바로 이것이다34).
태양전지 패널의 표면온도에 따라 최대 출력이 변화는 지수를 “최대
34) Finn Peacock, “The truth about Solar Panel performance and temperature”, Solarquotes.com.au, 2011.1.21
출력 온도 지수”라고 부르며, 통상적으로 이것은 1℃ 당 0.4%로 알려 져 있다. 즉 25℃에 비해 1℃ 오를 경우 효율이 0.4% 정도 감소하는
출력 온도 지수”라고 부르며, 통상적으로 이것은 1℃ 당 0.4%로 알려 져 있다. 즉 25℃에 비해 1℃ 오를 경우 효율이 0.4% 정도 감소하는