오하이오주가 카드뮴 텔루르화물 태양광 발전을 선도하는 이유

오하이오에 뿌리를 둔 한때 참신했던 태양광 발전 기술이 톨레도 지역의 두 제조업체와 함께 태양 아래에서 순간을 보내고 있습니다.

과학자들은 1950년대부터 실험실에서 카드뮴 텔루르화물 태양광 패널을 실험해 왔지만, 이 기술은 결국 First Solar가 될 회사를 설립한 두 명의 오하이오 기업가에 의해 중요한 기초 작업을 마친 후 불과 20년 전에 상용화되었습니다.

더 저렴하고 효율적인 결정질 실리콘 태양전지 다음으로 틈새 시장을 놓고 수년 동안 싸운 끝에 카드뮴 텔루라이드는 최근 비용과 에너지 생산량의 격차를 좁혔습니다. 카드뮴 텔루르화물 패널은 더 두꺼운 강성 결정 실리콘에 비해 매우 얇은 반도체 재료 층을 사용하는 박막 태양광 기술 중에서 전 세계적으로 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있습니다.

기술 발전 외에도 이 부문은 지속적인 공급망 정책과 국내 제조를 장려하는 새로운 연방 기후 변화 법안의 혜택을 받을 준비가 되어 있습니다.

이러한 추세는 오하이오에서 태양광 제조 붐을 촉진하고 있습니다. 이곳에서는 태양열 발전소에 대한 적대적인 주 및 지역 정책에도 불구하고 두 카드뮴 텔루르화물 제조업체가 향후 몇 년 내에 수백 개의 일자리를 추가할 것을 약속하는 대규모 확장을 발표했습니다.

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First Solar는 올해 말 Lake Township에 세 번째 오하이오 공장을 열 계획입니다. 3.3기가와트 규모의 공장에 이어 페리스버그에 130만 평방피트 규모의 연구개발 시설이 들어서며 내년에 개장할 예정이다. 계획에 따르면 2025년에 앨라배마에 네 번째 미국 공장을 개장하여 회사의 미국 총 생산 능력을 약 10GW로 끌어올릴 예정입니다.

한편 패널을 주로 상업 및 주거용 사용자에게 사용하는 Toledo Solar는 올해 생산 용량을 100MW에서 300MW로 3배로 늘렸습니다. 이 회사는 유틸리티 규모 시장을 목표로 하는 First Solar보다 훨씬 작지만 "이것은 우리에게 큰 문제입니다"라고 CEO인 Aaron Bates는 말했습니다.

First Solar의 최고 제조 책임자인 Kuntal Kumar Verma는 "유리 산업과 깊은 연관이 있는 톨레도 지역은 우리 사업 초기에는 자연스러운 인큐베이터였습니다."라고 말했습니다. 20여년이 지난 후, 오하이오주 북서부는 "아마도 세계 어느 곳과도 비교할 수 없는 박막 태양광 제조 지식의 본고장입니다."

오하이오의 카드뮴 텔루르화물 태양광 부문의 기원 이야기는 유리 산업의 두 슈퍼히어로로부터 시작됩니다.

Harold McMaster는 오하이오 북서부의 농장 소년으로 자랐고 Norman Nitschke는 동부 톨레도에서 어린 시절을 보냈습니다. 두 사람은 강화유리(자동차 앞 유리에 사용되어 들쭉날쭉한 파편으로 부서지지 않도록 하는 강화유리)의 제조 및 사용을 개척했습니다. 그들은 Glasstech를 포함한 여러 회사의 공동 창립자가 되었습니다.

McMaster와 Nitschke는 Glasstech Solar를 통해 태양에너지 연구를 시작했습니다. 이러한 작업이 Solar Cells, Inc.로 이어졌습니다. McMaster의 리더십 하에 이 회사는 1997년에 카드뮴 텔루르화물 태양 전지를 위한 기본 증기 증착 공정을 개발했습니다.

이 공정에서는 뜨거운 가스를 사용하여 두께가 사람 머리카락의 약 3%에 해당하는 카드뮴 텔루라이드 층을 결정화합니다. 그 층, 유리 및 기타 재료는 태양광 패널의 "샌드위치"를 구성합니다. 전 세계적으로 사용되는 태양광 패널의 대부분을 차지하는 결정질 실리콘 패널보다 생산 시간이 더 짧습니다.

회사의 지배 지분을 애리조나에 본사를 둔 투자 회사에 매각한 후 Solar Cells, Inc.는 1999년에 First Solar가 되었으며 Perrysburg에 첫 번째 제조 공장을 열었습니다.

그러나 셀의 효율성이 경쟁력을 갖추게 될 만큼 향상되기까지는 수년이 걸렸습니다. 2016년 First Solar는 연구실에서 22%의 에너지 변환 효율을 달성했습니다. 기업 과학자와 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 연구에 의한 2019년 연구에서는 해당 작업을 개선하여 효율성을 저하시킬 수 있는 불안정성의 위험을 줄였습니다.