TFDEA를 이용한 태양전지 기술 예측에 관한 연구

Abstract

전 세계는 기술혁신을 통한 신기술 확보로 국가 경쟁력 강화에 나서고 있다. 대표적으로 온실가스 다 배출 분야인 에너지 산업은 화석연료에서 신재생에너지로 전환을 위해 태양광, 풍력, 수소 등 다양한 기술 개발이 이어지고 있다. 신재생에너지 기술 중에 태양전지 기술은 무한한 태양에너지를 활용할 수 있다는 장점 때문에 다양한 타입으로 경쟁 기술이 개발되고 있다. 에너지 분야 기술 개발의 필요성에 따라 다양한 방법론을 활용한 기술 예측이 이루어지고 있으나, 기술 자체의 성능 변화를 예측한 연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 태양전지 기술의 성능에 대한 예측을 수행하였다. 기술 성능을 예측하는 방법론으로는 TFDEA 모델을 활용하여 태양전지 핵심 성능인 전환효율, 개방전압, 단락전류 밀도, 충진율의 변화를 분석하였다. 미국 재생에너지 연구소의 데이터를 기반으로 1976년부터 2023년까지 개발된 522개 태양전지 제품을 대상으로 분석한 결과 Thin-Film Technologies가 9.07%로 가장 빠른 기술 변화율을 보이며, Multi junction 0.05%로 가장 낮은 변화율을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 비교 기술 간의 성능 변화를 예측함으로써 미래 태양전지 기술 예측의 기법으로서 적용 가능성을 확인하였다. 특히, 신재생에너지 기술개발에 필요한 정량적 지표를 설정하는 데 활용될 것으로 기대된다.

Countries worldwide are enhancing national competitiveness by securing new technologies through technological innovation. The energy industry, a significant emitter of greenhouse gases, is leading the way in developing various technologies, such as solar, wind, and hydrogen, to transition from fossil fuels to renewable energy. Among these renewable energy technologies, solar cell technology is being developed into various competitive types due to its ability to utilize infinite solar energy. Although various methodologies are being used to forecast technological developments in the energy field, more research is needed to forecast changes in the performance of the technology itself. Therefore, this study conducted a forecast on the performance of solar cell technology. The TFDEA model was used to forecast technological performance, analyzing changes in the core performance of solar cells, including efficiency, open-circuit voltage, short-circuit current, and fill factor. Based on data from the NREL, we analyzed 522 solar cell products developed from 1976 to 2023. As a result, Thin-Film Technologies showed the highest rate of technological change at 9.07%, while Multijunction had the lowest change rate at 0.05%. Changes in performance rankings over time were observed for each technology. Through this study, we confirmed the applicability of predicting future solar cell technology by forecasting changes in performance between comparative technologies. In particular, this approach is expected to be useful in setting quantitative indicators needed for developing renewable energy technologies.