• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.17 no.5
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• pp.1187-1195
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• 2013

Photovoltaic inverters should always track the maximum power of solar cell arrays in operation. Also, they should be irrespective of the maximum power point voltage of a wide range of solar cells in tracking the maximum power point. If the current ripple of solar cells occurs, the function of maximum power point tracking drops, and normal tracking is difficult when solar radiation or the maximum power point changes. To solve this problem, this paper proposed a new maximum power point tracking algorithm with high efficiency and an algorithm to reduce the current ripple of solar cells. According to the results from the test on 4KW grid-connected PV inverter, the efficiency of maximum power point tracking and inverter output and the total harmonic distortion of inverter output current showed 99.97%, 97.5% and 1.05% respectively. So, the inverter showed excellent performance, and made possible stable maximum power point tracking operation when the solar radiation rapidly changed from 100% to 10% and from 10% to 100% for 0.5 seconds.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.175-176
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• 2016

기존의 태양광 시스템은 대체로 고정된 형태로 사용되었지만 태양광 시스템의 응용분야가 확장됨에 따라 전기자동차, 웨어러블 기기 등의 이동식 태양광 시스템 또한 많이 개발되고 있다. 이동식 태양광 시스템의 경우 불균일한 태양빛에 많이 노출되며, 이러한 불균일한 태양빛은 극심한 시스템 효율 저하를 야기한다. 본 연구에서는 이러한 시스템 효율 저하 문제를 해결하기 위해 differential power processing (DPP) 컨버터를 병렬로 적용한 photovoltaic (PV) 충전 가방을 제시하였다. DPP 컨버터는 PV 충전 가방이 불균일한 태양빛에 노출되어도, 각각의 태양전지가 고유의 최대 전력점에서 작동하도록 제어하는 역할을 한다. PV 충전 가방은 4개의 태양전지로 구성되어 있으며 충분한 태양빛 아래, 5 W의 출력전력을 가질 수 있다. PV 충전 가방은 하나의 front-end 컨버터와 4개의 DPP 컨버로 구성되었으며, P-SIM 시뮬레이션과 실험을 통해 front-end 컨버터와 DPP 컨버터의 정상 작동을 입증하였다. 또한 동일한 태양빛에 노출된 경우, 기존의 연결 방법 중 하나인 병렬 배열은 1.49 W의 출력 전력을 가진 반면, DPP 시스템은 4.35 W의 출력 전력을 가져 약 3배 높은 출력 전력을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.414-414
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• 2014

박막 태양전지의 광흡수를 증가시키기 위한 방법으로 나노 사이즈의 구조체를 이용하는 방법들이 주목받고 있다. 나노 구조체로 인한 광 산란 효과는 광 흡수층에서 빛의 흡수를 높여 태양전지의 변환효율을 높일 수 있다. 3차원 구조체를 제작하는 기존의 방법들은 대면적 기판에 적용이 어렵고, 비용적 측면 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 대면적화가 가능한 나노 임프린트 리소그래피 방법을 이용하여 Ag nano rod 패턴을 제작하였다. 임프린트 공정 중 UV 조사시간, 가해지는 하중, 기판온도 등의 변수들과, 건식 이온 식각 시 변수들을 조절하여 최적화된 3차원 rod 패턴을 형성할 수 있었다. 그림 1은 형성된 Ag rod 패턴의 SEM 측정 사진이다. 전극 폭 300 nm, 간격 300 nm로 제조된 rod는 Ag의 두께를 조절함으로써 전기, 광학적 특성을 조절할 수 있었다. 3차원 Ag nano rod를 박막 태양전지의 전, 후면 전극으로 사용하여 태양전지의 특성변화를 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.112-112
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• 2008

박막형 태양전지에 관한 연구는 1954년 D.C. Reynolds 가 단결정 CdS 에서 광기전력을 발견하면서부터 시작되었다. 고효율 단결정 규소 태양전지가 간편하게 제작되고 박막형 태양전지의 수명문제가 대두되어 한때는 연구가 중단되어지기도 하였으나, 에너지 문제가 심각해지면서 값이 저렴하고 넓은 면적에 쉽게 실용화 할 수 있는 박막형 태양전지에 많은 관심을 가지게 되었다. 박막형 태양전지에 사용되는 CdS는 II-VI 족 화합물 반도체로서 에너지금지대폭이 2.42eV인 직접천이형 n-type 반도체로서 대부분의 태양광을 통과시킬 수 있으며 가시광선을 잘 투과시키고 낮은 비저항으로서 광흡수층인 CdTe/$CuInSe_2$ 등과 같이 태양전지의 광투과층(윈도레이어)으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이종접합 박막형 태양전지의 효율을 높이기 위해선 윈도레이어 재료인 CdS 박막의 낮은 전기 비저항치와 높은 광 투과도 값이 요구되어지고 있다. CdS 박막의 제작방법으로는 spray pyrolysis법, 스크린프린팅, 소결법, puttering법, 전착법, CBD(chemical bath deposition)법 및 진공증착법 등의 여러 가지 방법들이 보고되었다. 이 중 sputtering의 경우, 다른 방법들에서는 얻기 어려운 매우 얇은 두께의 박막 증착이 가능하며, 균일성 또한 우수하다. 또한 대면적화가 용이하여 양산화 기술로는 다른 제조 방법들에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 sputtering에 의해 증착한 CdS의 박막에 광투과도 등의 향상을 위하여 CMP( chemical mechanical polishing) 공정을 적용하여 표면 특성을 개선하고자 하였다. 그 기초적인 자료로서 CdS 박막의 CMP 공정 조건에 따른 연마율과 비균일도, 표면 특성 등을 ellipsometer, AFM(atomic force microscopy) 및 SEM(scanning electron microscope) 등을 활용 하여 분석하였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.7 no.1
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• pp.93-107
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• 1997

A solar cell is a device which converts solar energy into electricity without any polluting by-product. Solar cells are useful when they are connected together to form modules. Total production of PV modules worldwide jumped 20 % in 1995 to reach a new record 84.8 MW. In this paper, the recent market trends in photovoltaic industries, principles and characteristics of solar cells and photovoltaic systems are reviewed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.399-399
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• 2009

CIS계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성 및 Ga 조성 조절을 통한 밴드갭 조절이 용이해 고효율 박막 태양전지로 각광 받고 있다. CIS 태양전지의 광 흡수층 제조 방법으로는 여러 가지 방법이 있지만 본 연구에서는 가장 높은 에너지 변환 효율을 달성한 Co-Evaporation 방법을 사용하기로 하였다. 미국의 NREL의 경우 Co-Evaporation 방법을 사용해 20%의 에너지 변환 효율을 달성한 바가 있다. 하지만 이러한 효율의 태양전지는 실험실에서 연구용으로 제작한 아주 작은 면적으로 태양전지 양산화에 그대로 적용하기는 힘들다. 따라서 CIGS 태양전지의 양산화 적용을 위해 대면적화가 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 3 stage 방식을 이용해 광흡수층을 증착하여 최적화 조건을 연구하였다. 또한 기판의 면적 증가에 따라 효율과 Voc, Jsc, F.F가 얼마나 감소하는지 실험하여 보았다. 기판은 soda lime glass를 사용 하였으며 후면 전극으로 약$1{\mu}m$ 두께의 Mo를 DC Supptering 방법을 이용해 증착하였다. 다음으로 약 $2{\mu}m$이상의 광흡수층을 Co-Evaporation 방법을 이용하여 증착 하였으며 buffer층으로는 약 50nm의 CdS층을 CBD방법을 이용하여 제조 하였다. TCO층으로 약 50nm의 i-ZnO와 약 450nm의 Al-ZnO를 RF Sputtering 방법을 이용하여 증착 하였다. 마지막으로 앞면 전극으로 약 $3{\mu}m$의 Al을 Thermal Evaporation 방법으로 증착하였다. 태양전지 소자의 면적은 $0.49cm^2$, $25cm^2$, $100cm^2$로 각각 면적을 달리하며 효율을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.29-29
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• 2010

건물일체형 태양전지 (BIPV; building integrated photovoltaics)나 야외 태양광 발전 차양 등의 태양광 발전에는 기존의 유리 기판 태양전지보다 가볍고 유연한 flexible 박막 태양전지가 설치하고 운영하는데 적합하다. 이러한 flexible 박막 태양전지는 자동차나 휴대기기의 전원이나 배터리의 충전기기로도 쓰이며 그 수요가 증가 추세에 있다. 특히, flexible Cu(In, Ga)$Se_2$(CIGS) 박막 태양전지는 기존의 flexible 실리콘 박막 태양전지보다 효율이 높아서 앞으로 성장 잠재력이 매우 높다. 세계적으로도 많은 기업이 상용화를 추진하고 있으며, 2007년부터 시장에 진입하고 있다. 그러나 현재의 flexible CIGS 박막 태양전지는 유리 기판 CIGS 박막 태양전지보다 효율이 낮고 패키지를 유리에서 플라스틱으로 대체하기 때문에 수명이 짧다. 또한, 아직도 완전한 양산 체제로 전환이 이루어지지 않았기 때문에 해결해야 할 문제점이 많이 있다. Flexible 기판으로는 스테인리스 스틸이나 폴리머 기판이 사용되는데, 유리 기판에 비해 저가 태양전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 roll-to-roll 공정을 적용할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 특히, 금속 유연기판을 사용할 경우, 유리 기판에 비해 상대적으로 고온 공정이 가능한 장점이 있다. 그러나, 금속 기판을 사용할 경우 해결해야 할 두 가지 이슈가 있다. 첫째, CIGS 흡수층 형성에 도움을 주는 Na의 공급 문제이다. 유리 기판의 경우 기판에 포함되어 있는 Na이 확산을 통해 공급되지만, 금속 기판의 경우 별도의 Na 공급 방법을 고려해야 한다. 둘째, 불순물 확산 방지막 및 전기 절연층으로 사용되는 유전체 박막의 문제이다. 현재 다양한 금속 산화물 유전체 박막을 사용한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 flexible CIGS 박막 태양전지의 기술적 이슈 및 현재 연구 현황을 살펴보고, 스테인리스 스틸 기판을 이용한 CIGS 박막 태양전지에서 유전체 확산 방지막에 따른 특성을 비교하고자 한다. 스테인리스 스틸 기판의 불순물로부터의 확산을 방지하기 위하여 두 종류(intrinsic ZnO와 SiOx)의 유전체 박막을 각각 Na가 도핑된 Mo층과 스테인리스 스틸 기판 사이에 삽입하여 소자를 제작하였다. 확산 방지막이 없는 경우, SiOx층을 사용한 경우, 그리고 intrinsic ZnO 층을 사용한 경우에, 효율은 각각 7.47, 11.64, and 13.95%로 나타났다. 셀의 크기는 $0.47\;cm^2$이고, 반사방지막은 사용하지 않았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.494.1-494.1
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• 2014

태양광은 세계적으로 유망한 에너지 중의 하나이며, 태양광 모듈은 실제 옥외 조건에 따라 다르지만 장기 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 최소 20년 이상을 안정적으로 작동될 필요성이 있다. 하지만 실제 태양전지는 옥외에 장기 노출됨에 따라 성능이 저하되며, 그 원인으로는 셀 균열, 부식, 접착 강도 손실 및 박리, 그리고 변색 등이 있다. 본 논문에서는 부식으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해 희생금속을 이용하여 태양전지 모듈의 성능 향상에 대해 연구하였다. 태양전지는 4 cell 결정질 실리콘 태양전지 미니 모듈을 이용하였고, 희생금속의 영향을 확인하기 위해 두 종류의 시료를 준비하였다. 한 시료에는 Al 희생금속을 태양전지 리본 위에 부착하였으며, 나머지 한 시료는 비교 시료로 Al 희생금속을 부착하지 않았다. 시료는 $85^{\circ}C$ 85%의 상대습도인 고온고습 조건에서 2500시간을 진행하였다. 그리고 2500시간의 고온고습 시험이 진행된 시료의 전기적 특성을 분석하였다. 시험 결과, 희생금속이 없을 경우 28.8%의 출력 저하가 있었으며, 희생금속이 있을 경우 19.3%의 출력 저하가 확인되었다. 또한, 희생금속이 없을 경우, 충실도는 21.5% 감소하였으며, 단락전류 역시 약 6% 정도 감소하였다. 반면, 희생금속이 있을 경우, 충실도는 16.1%로 감소하였고, 단락전류는 거의 변화가 없었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.367-367
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• 2011

태양전지에서 광흡수층으로 널리 쓰이는 CuInSe2은 전기적, 광학적 특성이 우수하고 20%대의 고효율을 기록하며 큰 관심을 받고 있다. 하지만 증발법 및 스퍼터링 등의 기존 진공, 고온 기반 공정 기술은 원천적인 공정비용 절감이 어렵고, 고가의 희귀원소인 In 등의 원료 활용도가 떨어져 실험실 수준에 머무르고 있다. 최근 공정 비용을 최소화와 원료 활용을 극대화를 통해 고효율 CIGS 박막형 태양전지를 제조하기 위해 비진공 방식의 전구체 박막 코팅 및 열처리를 통한 광흡수층 제조에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 연구는 doctor-blade coating을 이용하여 전구체 박막을 기판 위에 형성하고 열처리 온도에 따른 박막 물성 변화를 관찰함으로써 박막 형성 메커니즘을 밝히는데 주력하였다. 또한 합성된 박막의 전기적, 광학적 특성을 분석하여 태양전지 응용 가능성을 살펴보았다. 본 연구에서는 SEM, XRD, TGA 분석을 통해 Cu, In, Se 전구체들이 각각 binary phase, 즉, Cu2-xSe 및 In2Se3의 metal chalcogenide을 형성하고, 고온에서 서로 결합하여 CuInSe2로 결정화 되는 현상을 관찰하였다. 또한 합성된 CIS 박막은 근적외선 및 가시광 영역에서 높은 광흡수도를 보였으며, 전기적으로 Mo 전극과 ohmic contact을 이룸으로써 CIGS계 태양전지의 광흡수층으로의 적합성을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.592-592
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• 2012

태양전지에서 고효율 달성을 위해 태양광을 더 많이 활용하기 위해서는 태양전지 표면에서의 광 반사를 줄여야 하는데 가장 효과적인 방법은 실리콘 기판의 wet etching 공정을 통한 텍스쳐링이다. 태양전지에서 가장 많이 사용되는 파장대역은 가시광선 영역인데 555 nm 파장에서 실리콘 표면의 total reflectance는 30.1%로 매우 높고 diffuse reflectance는 0.1%로서 무시할만큼 적다. 하지만 wet etching을 한 후 total reflectance는 18%까지 감소하였고, diffuse reflectance는 16%까지 증가하였다. 결정면에 따른 식각선택성을 이용하는 이방성 etching으로 V groove 모양의 표면형상을 얻을 수 있었고, 후속 등방성 etching을 하여 U groove 표면형상을 얻을 수 있었다. 또한 wet etching의 문제점중의 하나는 반응중에 생성되는 수소기체가 실리콘 표면에 부착되어 etching이 불균일하게 진행되는 것인데 초음파를 사용하여 이 문제를 해결하였다. 그리고 Etchant의 성분용액중 하나인 IPA의 농도조절을 통해 표면에 형성되는 피라미드의 크기를 조절할 수 있었다. 본 연구에서는 실리콘 표면형상의 각각 서로 다른 크기와 모양에 따라 태양전지를 만들었을 때 빛의 활용 측면에서 어떤 변화가 있고 얼마만큼의 효율변화가 있는지에 대해서도 알아보았다.