• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.5 no.1
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• pp.38-45
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• 2019

건물 일체형 태양광 발전시장의 증가에 따라 미적(Aesthetic) 요소가 결합된 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다. 이런 시장의 요구에 따라 다양한 색상을 가지고 있는 컬러 태양광 모듈에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 여러 제안된 컬러 태양광 모듈 기술 중 결정질 실리콘(crystalline-silicon) 기반 태양광 모듈에 컬러 유리 혹은 컬러 층을 도입하는 기술은 기존 실리콘 모듈의 장점인 신뢰도와 가격 측면에서 다른 방식 대비 큰 장점이 있다. 결정질 실리콘 모듈에 컬러를 구현하기 위해서는 현재 크게 세가지 방식이 제안되고 있다. 가장 먼저 제안된 방식은 태양전지 전면에 반사 방지막 형성 시 특정 파장만 반사할 수 있는 층이 도입된 컬러 태양전지(color photovoltaic cell)를 이용하여 색상을 구현하는 방식이다. 다른 한 방식은 일반 검정색 태양전지에 반사가 가능한 입자 혹은 박막층을 태양광 모듈 전면에 도입하는 반사형(Reflective) 컬러 태양광 모듈 기술이다. 마지막으로 특정 파장을 흡수하여 다른 파장으로 발광하는 염료 혹은 안료를 이용한 발광형(Luminescent)방식에 대한 연구도 진행 중이다. 본고에서는 각 방식의 동작 특성 및 기술 동향에 대해 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.494.2-494.2
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• 2014

실리콘 태양전지는 현재 다른 태양전지 셀에 비해서 높은 변환효율 및 우수한 안정성을 가지고 있으며, 상대적으로 가격도 저렴하여 상용으로 판매되는 대다수의 모듈이 실리콘 태양전지를 사용하고 있다. 이러한 태양전지 모듈이 25년 이상 보증을 위해서는 장기 열화메카니즘 연구가 중요시 되고 있다. 따라서 태양전지 모듈을 가속열화하여 높은 내구성을 보유하고 있는지 연구가 필요하다. 본 연구에서는 결정질 실리콘 태양전지 모듈의 옥외실증 시험을 통해 일사량, 기온, 습도, 풍향, 풍속과 같은 환경인자에 따른 모듈의 성능 비교를 통해 모듈의 열화요인에 대하여 분석하였다. MYPGT (Maximal Yield Power Generation Tracking)를 활용하여 모듈의 특성을 정밀하게 측정하며, 빠른 대기환경의 변화에 따른 매시간 태양전지의 전류-전압 특성을 지속적으로 정확하게 측정함으로써 대기환경에서 받는 영향에 대해 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.391-391
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• 2009

결정질 실리콘 태양전지의 통합화에는 최근 열전소자와의 통합화를 통한 연구가 진행이 활발해지고 있으며, 이 경우 주로 태양전지와 열전소자의 박막화를 이용한 방법이 주를 이루고 있다. 이 경우 모듈화를 위해서는 in-line system을 이용한 방법이 강구되고 있으며, 솔라셀과 열전소자를 Tandem 구조에 적용할 경우 미국의 연구소 및 대학의 simulation에 의하면 에너지변화효율을 65%까지 올릴 수 있다는 보고가 되어 지고 있다. 그러나 이 경우 새로운 시설 및 기술의 확보에 큰 자본을 투입해야하는 경제적인 문제가 있다. 또한 최근의 silicon 결정질 solar cell 원료의 가격이 1년전에 비해 1/4로 급격하게 떨어진다는 점에서 박막화에 대한 투자는 일부나라에서 정체의 수준까지 다다르게 되었다. 따라서 본 연구에서는 40X40X3mm 크기의 열전소자를 결정질 silicon 솔라셀에 부착하는 방법으로 통합화를 시도하였으며, 모듈화에는 EVA film을 사용하지 않는 방법을 이용한 batch 법으로 모듈을 제작하고, 그 특성을 비교하였다. 그 결과 통합된 솔라셀-열전 모듈의 에너지변환효율은 동일한 크기의 솔라셀을 사용하여 제작한 모듈에 비해서 $60^{\circ}C$에서 공냉을 이용하여 측정한 결과 약 8% 개선효과가 있었으며, 보다 더 나은 결과를 도출하기위해 열전소자쪽에 냉각수나 냉각판을 설치하는 시도가 요구된다.

• Bulletin of the Korea Photovoltaic Society
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• v.2 no.1
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• pp.6-17
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• 2016

최근 태양광 시장은 생산량 증가와 제조단가 하락이 동시에 이루어지고 있으며 결정질 실리콘 태양전지가 시장을 주도하고 있다. 그 중에서도 결정질 실리콘 태양전지는 제조단가의 40% 이상을 차지하는 실리콘 원자재 비용을 줄이기 위해 두께를 줄이고자하는 노력에 관심이 집중되고 있다. 본 논문에서는 상용 결정질 실리콘 태양전지에서 사용되는 기술이 박형 결정질 실리콘 태양전지에 적용될 때 생기는 문제점과 이를 극복하기 위한 기술에 대해 박형 실리콘 웨이퍼, 박형 결정질 실리콘 태양전지, 박형 결정질 실리콘 태양전지 모듈 전반에 걸쳐 논하려고 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.60.1-60.1
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• 2010

공동주택에서 태양광발전(PV)을 통한 세대 전기에너지 이용은 모듈 설치 면적의 제약으로 인해 전 세대를 대상으로 활용하기에 현실적으로 어려움이 있다. 특히 남향이나 남동, 남서향으로 위치한 거실 창호를 활용하는 경우에도 결정질 실리콘(crystalline silicon) 태양전지 셀로 인한 실내 음영문제 등으로 건물통합형 태양광발전(BIPV) 시스템의 가시성을 확보하는데 한계가 있다. 따라서 이런 문제점을 극복하고자 투광형 비정질실리콘(amorphous silicon) 태양전지를 이용한 발코니창호/커튼월 BIPV 시스템을 구축하고, 테스트베드를 통한 적용성 평가 검증을 수행하였다. 테스트베드는 KCC 중앙연구소 1층 외부 측창에 결정질 BIPV 모듈(A2PEAK 사(社), 최대 출력 210 Wp, W 2,000 mm ${\times}$ H 1,066 mm)과 10% 및 30% 투광형 비정질 BIPV 모듈(Sharp 사(社) See Through type, 최대 출력 135 Wp/123 Wp, W 1,930 mm ${\times}$ H 1,180 mm)을 각각 설치(남서 $30^{\circ}$, 수직 $90^{\circ}$)하여, 2009년 5월에서 8월 사이 4개월에 걸친 모니터링을 통해 실제 발전량 데이터를 확보, 시스템에 대한 분석을 진행하였다. 분석 결과, 설치용량당 일평균 발전량은 결정질형이 1.46 kWh/kWp, 10% 투광형은 1.10 kWh/kWp, 30% 투광형은 0.73 kWh/kWp을 나타내었다. 10% 투광형과 30% 투광형의 모듈 성능 차이는 크지 않으나 발전량에 있어서는 큰 차이를 보였고, 10% 투광형의 설치용량당 일평균 발전량은 경정질형의 75.2% 수준으로 투광형 비정질실리콘 BIPV 시스템의 창호 적용 가능성을 확인하였다. 특히 세대 거실 창호를 통한 가시성 확보는 기존 결정질 BIPV 창호의 단점을 개선하였다. 건자재 일체화로 구축된 가시성확보 BIPV시스템 창호는 단위 세대별 적용이 쉽고, 공동주택에서 PV 시스템의 설치면적을 극대화시키므로 향후 Zero Energy 공동주택 구축에도 활용성이 클 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.100.1-100.1
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• 2012

태양전지 모듈의 25년 이상 장기간 정상 발전을 위해 태양전지 모듈을 구성하는 부품 소재의 장기 열화메커니즘 연구가 중요시되고 있다. 결정질 및 박막 태양전지 모듈 내 셀을 보호하기 위한 봉지재(Encapsulation)로 다양한 폴리머 재료가 적용되고 있다. 봉지재 부품으로 적용되고 있는 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)는 장기 열화특성 및 내구성 개선 연구가 중요하다. 따라서 EVA를 가속열화하여 열화메커니즘 분석과 25년 보증 내구성을 보유하고 있는지 연구가 필요하다. 본 연구에서는 EVA의 Ultraviolet(UV), 온도 복합 환경스트레스 조건을 적용한 가속시험을 수행하고 장기 열화메커니즘을 분석하였다. 수명 및 손상모델을 이용하여 실환경에서 변화하는 UV와 온도를 일정한 값으로 나타낼 수 있는 UV/온도 가속조건을 설계하였다. 이를 통해 UV/온도 가속조건을 설정하였고 1년 및 25년 동안 EVA에 인가되는 stress와 유사한 양을 인가할 수 있는 시험시간을 결정하였다. 시험 후 전자현미경, AFM, FT-IR, TGA, DSC 등의 분석을 통해 열화메커니즘을 도출하였다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.27 no.10
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• pp.11-21
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• 2014

1975년 이후로 태양전지 평가 실험실과 제조업체들이 직접적으로 많은 노력을 하여 태양전지 모듈에 대한 가속 스트레스 평가를 개발하고 평가하였다. 이 노력들은 이미 알려진 불량 메커니즘을 토대로 모듈 디자인의 민감한 취약 부분을 발견하기 위한 평가를 목적으로 평가 순서/방법 표준화에 많은 기여를 하였다. 이러한 평가 순서/방법은 국가와 국제 모듈 규격 표준화에 적용되었다. 그리고, 실제 외부에서 설치되어 한 번도 문제가 발생되지 않은 평가들은 중간에 제거 되기도 하였다. 가장 대표적인 예로 twist test는 모듈 설치 후 발생되는 불량에 대한 평가이지만, 실제로 불량은 한번도 발견되지 않았다. 덧붙여서, 표준 평가들은 많은 특화된 가속평가를 사용하게 되는데, 이는 문제점들을 조사하거나 특정 모듈 디자인에 대한 잠재적인 불량을 조사하기 위함이다. 실제 수명예측을 위한 가속평가는 가속 인자의 지식이 반드시 필요하지만, 태양전지 분야에서는 문헌이 많이 부족하다. 많은 연구자들이 85/85 DH 평가시간과 습한 지역에서 수년 간 사용된 모듈과의 상관관계를 만들기 위해 시도 하였다. 그리고 이 모델은 DH 평가 표준시간인 1,000시간으로 정의하는데 많은 영향을 미치기도 했다. 하지만, 이 모델은 단지 단일 모드 불량일 경우에만 적용이 되는 것이다. 다른 불량에 대한 가속인자들은 여전히 잘 알려져 있지 않다. 따라서, 모듈이 비록 표준 규격시험을 통과했다고 하더라도 제품이 특정 기간 동안 전력을 생산할 수 있다고 말할 수 없다. 또한, 이 표준평가가 모든 불량 메커니즘에 대한 평가가 되지 않기 때문에 제품의 수명을 결정하는데 사용될 수 없다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.27-27
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• 2010

최근에 고유가와 지구온난화로 인하여 에너지가 향후 인류의 50년을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있어서 지구의 모든 에너지의 근원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 무한한 청정 에너지로 각광받고 있다. 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지는 풍력, 수소연료전지, 조력, 바이오에탄올 등의 신재생에너지 기술 중에서 상품성은 가장 뛰어나지만 발전단가가 가장 높은 것이 단점이다. 태양광 발전단가를 줄여서 기존의 화석에너지를 이용한 발전단가와 견줄 수 있는 그리드 패러티(grid parity)를 달성하려면 태양전지 모듈의 고효율화와 동시에 저가화가 반드시 이루어져야 한다. 현재 태양광 모듈 시장의 90%는 효율이 12-16% 정도로 높은 단결정(single crystalline or monocrystalline) 실리콘이나 다결정(polycrystalline or multicrystalline) 실리콘 등의 벌크(bulk)형 결정질 실리콘 모듈이 차지하고 있으나 원재료인 실리콘 웨이퍼의 제조단가의 50%를 차지하고 있어서 저가화가 어렵다. 반면, 원료가스를 분해하여 대면적 기판에 증착하는 박막(thin-film) 실리콘 태양전지의 경우는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 박막 실리콘 모듈은 매우 적은 실리콘 원재료를 소비한다. 단결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 $180-250\;{\mu}m$ 정도인 것에 비해서 박막 실리콘의 두께는 $0.3-3\;{\mu}m$ 수준이다. 더불어, 유리, 플라스틱 등의 저가 기판에 저온 대면적 증착이 가능하여 저가양산화에 유리하다. 박막 실리콘 모듈은 벌크형 실리콘 모듈(-0.5%/K) 대비 낮은 온도계수[비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H)의 경우 -0.2%/K]와 빛의 세기가 약한 산란광에서도 동작하여 평균발전시간이 증가하므로 외부환경에서 우수한 발전성능을 보이고 있다. 태양전지 모듈은 상온에서의 안정화 효율을 기준으로 가격이 책정되어($/$W_p$) 판매되기 때문에 벌크형 실리콘 모듈에 비해서 박막 실리콘 모듈은 가격대 성능비가 우수하다. 따라서 박막 실리콘 모듈은 벌크형 결정 실리콘 모듈의 대안으로 떠오르고 있으며, 레이저 기술을 이용하여 수려한 투광형 건물일체형(building integrated photovoltaic; BIPV) 모듈을 제작할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 양산화된 단일접합 비정질 실리콘 태양광 모듈은 효율이 6-7%로 낮아서 설치면적 및 설치 모듈의 증가가 성장의 걸림돌이 되고 있다. 박막 실리콘 태양전지의 고효율화를 도모하기 위해서 적층형 탄뎀셀로 양산 트렌드가 변화하고 있다. 이에 적층형 박막 실리콘 태양전지 효율의 한계 및 돌파구에 대해서 논의한다.

• Optical Science and Technology
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• v.8 no.2
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• pp.27-29
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• 2004

카메라폰(카메라가 장착된 휴대폰)을 얘기하기 전에 휴대폰의 진화를 살펴보는 것이 타당하다. 최초의 휴대폰이 음성 통화를 기본으로 정보의 전달 속도에 의미를 부여한 것이라면 근래에 출시되는 다양한 부가기능의 다기능 핸드폰은 정보의 속도 뿐 아니라 디지털 스틸 카메라, 인터넷 서비스, 그리고 동영상 통화를 포함한 정보의 질에서도 괄목할 만한 진보를 보이고 있으며 이제 휴대폰은 컴퓨팅 환경과 데이터 통신을 가미하며 바야흐로 Hand held PC로 그 미래를 준비중이다. 휴대폰용 카메라 모듈이 주목을 받는 이유는 전술한 대로 지금부터 전개되는 휴대용통신의 핵심 부품으로 인정되기 때문이다. 그 중에서 렌즈의 역할은 매우 중요하여 카메라폰의 경박단소화에 결정적인 부품이라고 할 수 있다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.392-392
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• 2009

결정질 실리콘 태양전지의 모듈화에는 일반적으로 저철분 강화유리를 사용하고 있으며, 이 경우 모듈화를 위해서는 3-5mm 두께의 강화유리를 EVA film을 사용하여 유리와 solar cell을 접착하는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 0.7mm 두께의 강화 유리를 사용하고, EVA film을 사용하지 않는 방법으로 초경량의 모듈을 제작하고, 그 특성을 비교하였다. 그결과 박판강화유리를 이용한 경량 실리콘 태양전지의 모듈화의 가장 큰 문제점으로는 강화유리의 두께가 아주 얇기 때문에 발생하는 module의 bending 현상에 의한 silicon cell의 파괴가 일어나는 경우가 있었으며 이를 위한 bending 방지기술의 개발이 요구되는 것으로 나타났다. 개선효과로는 솔라셀 모듈의 에너지변환효율은 동일한 솔라셀을 사용하여 일반 3mm 급의 저철분강화유리로 제작한 모듈에 비해서 약 20% 개선효과가 있었으며, 경량화에는 Al계 금속 지지대를 제외한 모듈만을 비교하여 무게의 감량을 비교한 결과 70%이상의 감량 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 상기 결과로부터 본 연구를 통한 개발품은 BIPV형 solar cell module로 이용가치가 기대된다.