출처:nsenergybusiness.com
Oxford PV는 내년에 주거용 옥상 시장에 페로브스카이트 실리콘 기반 태양 전지를 판매하는 최초의 회사가 될 것입니다.
옥스포드 PV는 기존 실리콘 1차 전지에 페로브스카이트 박막을 적용한 탠덤(tandem) 개념을 적용했다.
스스로를 "페로브스카이트 회사"라고 설명하는 Oxford PV는 태양열로 구동되는 순수 전기 미래의 핵심 플레이어가 될 계획입니다. Modern Power Systems 매거진의 작가인 James Varley는 회사는 그 목표를 달성하는 것을 목표로 합니다.
내년에 모든 것이 계획대로 진행된다면 Oxford PV는 주거용 옥상 시장에 페로브스카이트 실리콘 기반 태양 전지를 판매하는 최초의 회사가 될 것입니다. 그들은 잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는 효율성을 갖게 될 것이며, 이는 현재의 기존 기술인 실리콘 전용 셀보다 약 20% 더 높습니다.
Oxford PV는 페로브스카이트 박막을 기존의 실리콘 1차(또는 바닥) 셀에 적용하는 "탠덤" 개념을 사용합니다(페로브스카이트 두께는 실리콘 두께의 약 1/200임).
이 탠덤 접근 방식은 특히 고에너지 블루 엔드에서 태양 스펙트럼의 특정 부분을 캡처하는 능력을 향상시킵니다. 즉, 페로브스카이트-온-실리콘 탠덤 셀의 이론적 효율 한계는 실리콘 단독의 경우 43% 대 29%입니다. 세포.
실제로 현재까지 설치된 주거용 실리콘 PV의 평균 효율은 15-20% 범위인 반면 실리콘의 "실제" 최대값은 약 26%로 추정됩니다.
초기에 상업적으로 생산된 Oxford PV 탠덤 셀은 초기에 약 27%의 효율성을 달성할 것으로 예상되지만 회사는 향후 기술이 발전함에 따라 꾸준한 개선을 기대하고 있습니다. Frank Averdung CEO는 “우리는 이 기술을 30% 이상으로 끌어올리는 명확한 로드맵을 가지고 있습니다.
Oxford PV의 CTO인 Chris Case 박사는 회사가 페로브스카이트-Si 탠덤에만 집중하기로 결정한 2014년 이후로 태양 전지의 효율을 연간 평균 1% 포인트 정도 향상시켰으며 이 기술을 30대 초반까지 더욱 발전시키기 위한 이론적 토대.
Oxford PV 기술을 사용하는 연구 셀은 이미 페로브스카이트-Si 탠덤 셀에 대한 세계 기록인 29.52%(미국 국립 재생 에너지 연구소 인증)를 달성했으며 단일 접합 연구 셀(현재 기록, 29.2%, GaAs를 사용하는 셀이 보유).
페로브스카이트는 1839년에 자연적으로 발생하는 광물 형태(CaTiO3)로 처음 발견되었습니다. 그러나 태양 전지의 재료로서 합성 페로브스카이트의 엄청난 잠재력이 완전히 인식된 것은 불과 10년 정도 밖에 되지 않습니다.
2010년 Oxford PV를 공동 설립하여 Oxford 대학의 실험실에서 이전한 태양광 기술을 상용화한 Henry Snaith 교수는 특히 Science지에 발표된 논문을 통해 이 분야에서 핵심적인 역할을 했습니다. 2012년에 금속 할로겐화물 페로브스카이트를 사용하는 실행 가능한 고체 상태 태양 전지 기술을 설명합니다.
지난 10년 동안의 발전은 놀라울 정도로 빨랐고 페로브스카이트는 태양광 분야에서 점점 더 많은 관심을 끌고 있습니다.
태양 전지 응용 분야에 사용되는 모든 재료와 마찬가지로 페로브스카이트는 일반 화학식이 ABX3이고 A와 B는 양이온이고 X는 음이온인 반도체입니다.
"페로브스카이트는 향후 50-100년 동안 광자 및 전자 제품에서 어디에나 있을 것입니다."라고 Chris Case는 믿습니다. “굉장한 소재입니다.”
재료 과학의 관점에서 "독창성이 있기 때문에 매우 좋은 것"이라고 그는 덧붙입니다. “각 원자는 서로 겹쳐지고 뒤틀린 팔면체 세트로 배향되어 있습니다. 그 꼬임은 '변칙적인' 높은 광전류 확산을 가능하게 하며, 이는 이 구조에 거의 고유한 것이며 사람들은 이 속성을 이용하고 있습니다...이 물건은 훌륭하고 믿을 수 없을 정도로 변형적입니다.”
또한 합성 페로브스카이트에 사용되는 재료가 풍부하고 단위 셀 출력당 사용되는 양이 매우 적습니다. "따라서 자원의 관점에서 볼 때 이 기술은 많은 TW 수준으로 확장될 수 있습니다."라고 Case는 말합니다.
그리고 기록적인 효율성을 입증했을 뿐만 아니라 Oxford PV 기술을 사용하는 셀과 모듈은 "국제 전기 기술 위원회(International Electrotechnical Commission)의 외부 측정 산업 표준 신뢰성 테스트를 통과했습니다"라고 덧붙입니다.
시장으로 가는 길
Frank Averdung은 “과학자들은 그들의 일을 해냈습니다. "그들은 재료를 식별했습니다. 그들은 구조를 만들었습니다. 그들은 그것을 안정적으로 만들기 위해 노력했으며 내구성과 수명에 대한 우려를 해결했습니다. 지금 우리가 답을 찾아야 하는 질문은 그것을 어떻게 상품화할 것인가 하는 것입니다.”
도전은 거의 모든 스타트업이 새로운 것을 시도하는 것입니다. “당신은 이미 확립된 시장을 가지고 있습니다. 시장 참여자를 확보했습니다. 당신은 훨씬 더 나은 것을 가지고 있습니다. 그러나 어떻게 사람들이 그것을 받아들이게 할 수 있습니까? 어떻게 하면 그렇게 합니까?”
그가 지적했듯이, 기존 플레이어는 수십억 달러 규모의 회사이며 제조 인프라에 수십억 달러를 투자했습니다. "그들은 정말로 그 모든 것을 폐기하고 새로운 일을 하는 데 관심이 있습니까?" Averdung에게 묻는다.
좋은 소식은 실리콘을 1차 전지로 하는 Oxford PV 탠덤 기술은 기존 제조 기술을 폐기할 필요가 없고 "산업을 방해하지 않는다"는 것이 주요 이점입니다.
Averdung은 "실리콘 '1차' 셀 위에 박막 페로브스카이트 셀을 배치하면 여전히 동일한 폼 팩터를 가지며 여전히 기존의 Si 셀처럼 보이지만 출력 전압은 더 높습니다."라고 말합니다. “동일한 도구를 사용하여 동일한 모듈에 삽입할 수 있습니다. 패널 크기는 동일합니다. 모든 것이 동일합니다. 그러나 훨씬 더 많은 전력을 얻을 수 있습니다.”
외관상 최종 사용자는 "조금 더 멋지게 보일 것"을 제외하고는 큰 차이를 느끼지 못할 것이라고 덧붙였습니다.
2015년 Oxford PV는 탠덤 셀이 실현 가능하지만 "필요한 폼 팩터로 가져와야"하므로 파일럿 생산 라인 또는 "중고 공장"이 필요함을 설명했습니다.
바로 그런 공장이 독일 Brandenburg der Havel에서 발견되어 2016년에 인수되었습니다. "당시에는 너무 컸지만 2017년에 가동 중이었던 우리의 박막 파일럿 라인에 딱 맞았습니다." "라고 Averdung은 말합니다.
“파일럿 라인의 역할은 본질적으로 제품 최적화였으며, 옥스포드 연구소의 모든 결과를 가져와 폼 팩터별로 확장하고 산업 표준 테스트를 수행하여 셀이 요구되는 사항을 충족하는지 확인합니다. 신뢰성과 장기적인 안정성, 그리고 산업 요구 충족."
Averdung은 몇 년 동안 Oxford PV는 태양광 사업의 초대형 회사인 공동 개발 파트너와 협력하여 "기본적으로 업계가 원하는 것이 무엇인지 알려줍니다"라고 말합니다.
그러나 2018년에 그는 "모든 것이 바뀌었다"고 덧붙였습니다. 회사는 "기술의 상업화를 위한 가장 빠르고 가장 빠른 방법은 우리가 직접 수행하여 기술의 모든 매개변수를 제어할 수 있도록 하는 것"이라고 결정했습니다. 제품이 시장에 출시되었을 때 고객의 요구에 완벽하게 들어맞았다는 것을 확신할 수 있었습니다."
이를 위해 회사는 자금을 투자하여 제조 작업을 시작할 수 있는 투자자를 찾아야 했습니다. Averdung은 "우리는 운이 좋았다"고 말합니다. 회사의 주요 주주에는 이제 Equinor, Legal& General Capital, Goldwind 및 Meyer-Burger.
투자자들이 회사에 투자한 돈으로 이전에 인수한 브란덴부르크 공장을 업그레이드할 수 있었고 이미 파일럿 라인에 추가하여 시설의 다른 부분에 완전한 탠덤 셀 제조 라인을 구축할 수 있었습니다.
이것은 세계 최초의 페로브스카이트-온-실리콘 탠덤 태양 전지용 대량 생산 라인이 될 것이며 내년 2분기 경에 100MW의 초기 목표 용량을 달성할 것으로 예상됩니다.
셀은 모듈 제조업체에 판매되고 있으며(이미 배치가 완료됨) 초기 목표 시장은 "프리미엄" 주거용 옥상 부문입니다. 이 시장 부문에서는 공간이 중요한 제약 조건이며 Oxford PV 탠덤 셀이 제공하는 증가된 전력 밀도가 특히 매력적입니다.
설치 수명 동안 훨씬 더 많은 전기가 생성됨에 따라 고효율 모듈에 대해 상당한 프리미엄을 기꺼이 지불할 의향이 있다고 Oxford PV는 믿습니다.
Averdung은 셀 비용이 주거용 옥상 PV 설치의 총 비용에서 상대적으로 작은 부분을 차지하기 때문에 증가된 셀 비용은 출력 증가의 이점에 비해 전체 경제에 미치는 영향이 상대적으로 작다고 지적합니다.
기가팩토리를 향하여
100MW 생산 라인과 주거용 옥상 시장은 시작에 불과합니다. Oxford PV의 비전은 페로브스카이트를 주류 태양광 기술로 사용하는 완전 전기 세계입니다. Averdung은 회사의 최신 자금 조달 라운드가 "다음 단계인 기가팩토리를 계획하는 수단"을 제공하기를 희망한다고 말합니다.
그는 2024년 말 또는 그 무렵까지 2GW(기가와트)의 생산 능력을 가동하고 매년 약 2GW를 추가하여 10년 말까지 10GW 이상에 도달하기를 희망합니다.
처음에 목표 시장은 이미 언급했듯이 프리미엄 주거용 옥상이지만 "GW 규모 생산에 들어가면 변경될 것이며 소규모 상업용 옥상 부문도 다룰 수 있을 것입니다"라고 Averdung은 말합니다. , "5GW 이상으로 이동하는 즉시 유틸리티 규모에 도달할 수 있습니다."
유틸리티 규모에서 "모든 것은 LCOE에 관한 것"이라고 그는 "토지 비용을 관리할 수 있다고 가정할 때" 그리고 5GW 생산 용량에서 "우리의 LCOE는 다른 누구보다 경쟁력이 있을 것이지만 그렇게 하려면 시간이 걸릴 것입니다. 물론 몇 년.”
Averdung은 결국 "우리는 태양광 발전 분야의 주요 업체 중 하나가 될 것입니다"라고 말합니다. 그리고 Chris Case가 페로브스카이트의 "마법"이라고 부르는 것을 마스터하는 것은 그 야망을 달성하는 열쇠가 될 수 있습니다.
