• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.192-193
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• 2017

최근 석유나 석탄 에너지의 사용으로 인한 대기오염 및 미세먼지 문제가 심각해지고 있다. 따라서 신재생 에너지의 중요성이 대두대고 있고 이에 따라 정부에서도 태양광 발전이나 풍력발전 등의 비중을 확대해 나가려는 정책을 밝히고 있으며 이중 태양광 발전 시스템은 가장 주목 받고 있다. 태양광 발전의 성장에 따라 다양한 연구가 진행되어 왔으며 이 중 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터로 구성된 비절연형 태양광 인버터는 회로구성이 쉽고 효율이 높아 소용량 발전에서 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 3kW 비절연형 태양광 발전 시스템을 구성하여 시뮬레이션을 통해 태양광 인버터의 동작을 분석하였다.

• JOURNAL OF ELECTRICAL WORLD
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• s.465
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• pp.75-77
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• 2015

신재생에너지 보급 확산을 위해 추진 중인 신재생에너지공급의무화제도(이하 RPS) 이행실적 점검 결과, 2014년도 의무 이행률은 78.1%로 전년대비 대폭 개선(10.9%p 증가)된 것으로 나타났다. ※ RPS 의무이행률 추이 : 64.7%(2012년) ${\rightarrow}$ 67.2%(2013년) ${\rightarrow}$ 78.1%(2014년) 또한, 2016년부터 태양광에 대한 별도 의무량이 폐지됨에 따라 그간 분리 운영되던 태양광-비태양광 시장이 통합 운영될 예정이다. 산업통상자원부는 지난달 28일 정양호 에너지자원실장 주재로 "신재생에너지 정책심의회"를 열어 2014년도 RPS 이행실적을 점검하고 2016년 태양광-비태양광 시장통합 관련사항 및 신재생에너지 활성화를 위한 제도개선방안 등을 논의했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.319-319
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• 2010

칼코젠계 태양전지의 광흡수층으로 사용되는 CuInSe2은 직접천이형 반도체로 광흡수계수가 $1{\times}105cm-1$로 매우 높고, 전기광학적 안정성이 우수하여 실리콘 결정질 태양전지를 대체할 고효율 태양전지로 각광받고 있다. 광흡수층의 밴드갭 에너지가 증가하면 태양전지의 개방전압(Voc)이 증가하여 광변환 효율을 향상시킬 수 있으므로, CuInSe2에서 In의 일부를 Ga으로 치환하여 에너지 밴드갭의 변화를 주는 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 화합물내의 Ga 조성비가 증가하면 단락전류(Jsc), 충진률(fill factor)이 낮아져 태양전지 효율을 저하시키게 되므로 CIGS 박막의 적절한 화합물 조성비를 갖도록 최적조건을 확립하는 것이 매우 중요하다. 본 실험에서는 광흡수층 형성을 위해 Sputtering법으로 금속 전구체를 증착하고, 고온에서 셀렌화 열처리를 수행하는 Sequential process(2단계 증착법)를 이용하였다. soda-lime glass 기판에 Back contact으로 Mo를 증착하고, 1단계로 CuIn0.7Ga0.3 조성비의 타겟을 이용하여 Sputtering법으로 $0.5{\sim}2{\mu}m$ 두께의 CIG 전구체를 증착하였다. 2단계로 CIG 전구체의 셀렌화열처리를 통하여 CIGS 화합물 구조의 박막을 형성시켰다. 이때 형성된 CIGS 화합물 박막의 두께는 동일하게 함으로써, 열처리온도에 의한 박막의 구조변화를 비교하였다. 증착된 CIGS 박막은 고온 엑스선회절분석을 통해 증착 두께와 온도 변화에 따른 CIGS 층의 구조 변화를 확인하고, 동일한 증착조건으로 Buffer layer, Window layer, Grid 전극을 형성하여 태양전지셀 특성을 평가함으로써 CIGS 태양전지 광흡수층의 결정구조에 따른 광변환 효율을 비교하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.118-120
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• 2008

고집속에 따른 태양전지 온도상승에 의한 태양전지 효율 저하를 방지하고,경제적인 저집속형(<5X) 집광형 태양광 모듈 개발을 위하여 본 연구에서는 알루미늄 반사판을 이용한 저집속 (< 5X)집광형 태양광 모듈을 설계 및 제작하여 성능 평가를 실시하였다. 2.25X의 집속비와, 태양광 집속에 의한 태양전지 모듈의 온도 상승을 공기순환을 통한 냉각이 가능하도록 설계/제작된 집광형 태양광 모듈로 부터 1.97배의 출력 증가를 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2009.07a
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• pp.509_510
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• 2009

태양광 발전 시스템은 그 특성에 따라 주로 주택, 빌딩 등 비선형 부하를 지니는 장소에 단상 계통으로 연결되는 경우가 많다. 계통 연계형 태양광 발전 시스템 설치가 증가함에 따라 태양광 발전 시스템의 무효전력 제어는 전력품질 향상에 대해 의미를 지니게 된다. 본 논문은 3kW급 단상 계통 연계형 태양광 발전 시스템에 대해 간편한 무효 전력 제어 방식을 보여준다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.30.2-30.2
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• 2011

태양광을 이용하는 태양전지의 경우, 태양전지에 도달하는 입사광량은 태양전지의 효율과 직접적인 연관이 있다. 이러한 입사광량을 증가시키기 위해서 다양한 연구가 진행되고 있다. 표면에서의 광손실을 줄이기 위해 반사방지층을 형성하고, 광경로 확장 및 광트랩을 위한 기판 텍스처링 방법은 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 꾸준히 연구되어 왔다. 본 연구에서는 불규칙적인 배열을 갖는 마이크로-나노급 패턴을 박막 태양전지용 유리기판 위에 형성함으로써 기판의 확산 투과율을 향상시키고, 광확산에 의한 내부 광경로 확장 효과로 태양전지의 효율을 증가시키고자 한다. 박막 태양전지용 유리기판에 불규칙적인 배열을 갖는 마이크로-나노급 패턴을 형성하기 위해, 기존의 패턴 형성 기술에 비해 공정이 간단하고 비용이 저렴한 나노 임프린트 리소그래피 기술을 이용하였다. 실험순서는 제작된 마스터 템플릿의 확산 패턴을 역상을 복제 하여 임프린트용 mold를 제작하고, 이 mold를 이용하여 박막 태양전지용 유리기판 위에 확산 패턴을 형성하였다.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.312.1-312.1
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• 2014

Chalcopyrite계 화합물 반도체인 $Cu(InGa)Se_2$ (CIGS)는 직접천이형 에너지 밴드갭과 전파장 영역에 대하여 높은 광흡수계수($1{\times}$[10]^5/cm)를 가지므로 두께 $1{\sim}2{\mu}m$인 박막형태으로 고효율의 태양전지 제조가 가능하다. 또한, 박막공정의 저가 가능성을 나타내면서 전세계적으로 많은 연구와 관심을 받고 있고, 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 재료로 주목 받고 있다. 일반적으로, CIGS박막형 태양전지 구성은는 유리를 기판으로 하여 5개의 단위 박막인 Mo 후면전극, p형 반도체 CIGS 광흡수층, n형 반도체 CdS 버퍼층, doped-ZnO 상부 투명전극, $MgF_2$ 반사방지막으로 이루어진다. 이들 중에서 태양전지의 에너지 변환효율에 결정적인 영향을 미치는 구성된다. CIGS 광흡수층의 제조는 크게 진공법과 비진공방법으로 나뉜다. 현재까지 보고된 문헌에 따르면 CIGS 박막형 태양전지의 경우에 동시증발법으로 20.3%의 에너지 변환효율을 보였지만,는데, 이는 진공장비 특성상 공정단가가 높고 대면적화가 어렵다는 단점을 가진다. 따라서, 비진공법을 이용하여 광흡수층 제작하는 것이 기술적으로 진보할 여지가 크다고 볼 수 있다. 반면 현재 상용화되어 있는 결정질실리콘 태양전지를 대체할만한 방법으로 주목 받고 있는 비진공을 이용한 저가공정은 최근 15.5%의 에너지 변환효율이 보고 되었다. 비진공법에는 전계를 이용한 증착법 및 스프레이법으로 나뉘며, 이들 광흡수층 재료의 화학적 합성은 III족 원소인 In, Ga의 함량비에 따라 광흡수층의 에너지 밴드갭(1.04~1.5 eV) 조절이 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 비진공법에 사용되는 CIGS재료의 화학적 합성조건을 변화시켜 III족 원소의 조성비 조절을 시도하였다. CIGS 분말 시료의 입자 형태와 크기를 FE-SEM을 이용하여 관찰하였고, 화합물의 성분비를 EDX 및 XRD 분석을 통해 Ga 함량에 따른 구조적 차이를 비교해 보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.58.2-58.2
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• 2011

국립기상연구소는 2000년부터 2010년까지(11년)의 위성자료와 수치모델의 재분석 자료를 이용하여 한반도영역에 대해서 $4km{\times}4km$ 해상도의 태양-기상자원지도를 계산하였다. 이러한 태양-기상자원지도를 기반으로 GIS 분석도구를 이용하여 지역별 태양에너지의 분포와 지역별 태양광의 기후특성을 분석하였다. 연구영역의 행정구역을 구분하고 각 지역별 에너지분포 및 변화특성을 쉽게 분석하기 위하여 GIS 분석도구를 사용하였다. 평균 연누적 태양에너지 자료를 분석한 결과 한반도에서는 경상도가 가장 풍부한 태양광에너지를 받고 있었으며 특히 대구광역시(5047MJ), 부산광역시(5019.4MJ)가 높게 나타났다. 북한지역에서는 함경남도(4719.1MJ)가 가장 풍부한 자원을 가지고 있는 것으로 나타났다. 월별 분포를 분석한 결과 대체로 연누적과 동일하게 남부지방의 경상도가 높은 태양광 에너지를 나타났다. 특히 7월 등의 여름철은 1월에 비해 절대적으로 에너지양이 많았다. 그러나 위도 38도를 중심으로 빈번한 장마전선을 동반한 구름의 이동으로 중부지방이 남부지방과 북부지방에 비해 낮게 나타났다. 또한 2000년 1월부터 2010년 12월까지 월별 시계열 변화를 분석해본 결과 한반도 전역에서 태양광의 증가추세가 나타났다. 특히 부산광역시는 10년간 3.75MJ이 증가하였으며, 서울특별시는 3.645MJ/decade, 함경북도는 3.499MJ/decade의 증가경향을 보였다. 월별 시계열 그래프를 보면 2003년 8월과 2005년 4월을 기준으로 3부분에서 다른 특성이 나타나는데 이것은 각 구간별로 구름산출을 위하여 사용된 정지기상위성이 다르기 때문이다. 각 구간에서 사용된 위성은 GMS-5(2003년 8월 이전), GOES-9(2003년 8월~2005년 3월) 그리고 MTSAT-1R(2005년 4월이후)이다. 추후에는 태양광 자원이 풍부한 지역에 대해서 더욱 상세하게 태양광 에너지의 분포와 변화를 분석해보자 한다. 이러한 지역별 자원분석 자료는 지방자치단체들이 신재생에너지 개발계획을 세우는데 도움을 줄 수 있을 것이다.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
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• v.25 no.4
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• pp.141-153
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• 2005

PV 태양광 발전은 PV 재료가 고가이므로 일반 전력비용에 비해 상대적으로 비용이 높아진다. 저가형 광학 집광기술과 PV를 통합하게 되면, 비용뿐만 아니라 설치면적 등에서 유리하게 되나, 집광기의 단점이 함께 추가되게 된다. 집광기는 작은 수광각과 송신광선을 갖고 있어 PV 모듈에 필요한 태양광, 광학손실의 손실정도를 최소화하기 위한 신중한 시스템 디자인과 2축형 트레킹 장치가 필요하다. 고정식 비집광 시스템보다 더 많은 에너지를 얻기 위해서는 광학시스템의 손실율을 줄이고, 고효율의 PV 모듈을 이용한 PV셀의 상호연결이 필요하다. 본 논문에서는 우선, 비이미지 프레넬 렌즈 집광기를 사용한 PV 시스템에 대하여 간단하게 설명한 후, 출력전력값을 이론적으로 예측하고 PV 효율과 시스템 성능을 제시하였다. 프레넬 렌즈 선형 집광기 통합 PV 시스템과 비집광 PV 모듈의 출력전력값과 시스템 비용을 비교하면, PV 전력비용을 줄일 수 있는 집광기의 이용이 유용한 것을 알 수 있다. 따라서, 집광형 PV 시스템은 미래의 에너지 이용에 매우 유리한 시스템이라 할 수 있다.