• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.333-333
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• 2016

현재까지 가장 높은 광전류 변환 효율을 나타내는 III-V 화합물 반도체의 다중접합 태양전지 대신 이보다 단순한 에피구조를 가진 단일셀 이종접합구조의 태양전지를 제안하였다. 이를 한국나노 기술원에서 MOCVD(Metalorganic Vapour Phase Epitaxy) 장비를 이용하여 에피구조를 성장하고 태양 전지를 제작해 그 특성을 조사하였다. 태양 전지는 서로 다른 orientation의 두 GaAs 기판에 각각 동일한 에피 구조로 성장되었다. GaAs 기판은 Si 도핑된 n-type 기판으로 (100) 표면이 <111>A 방향으로 2도 off 된 웨이퍼와 10도 off 된 웨이퍼가 사용되었다. 연구에서 시뮬레이션에 사용된 태양전지의 에피 구조는 맨 위 p-GaAs (p-contact 층), p-InAlP, p-InGaP의 광흡수층과 N-InAlGaP 층과 아래의 n-InAlP와 n-GaAs의 n-contact층으로 이루어져있다.태양전지는 $5mm{\times}5mm$의 면적을 가지고 있다. 그림 1은 전류-전압의 측정된 결과를 나타낸 그래프이다. 태양전지는 1 sun 조건하에서 probe를 이용해 측정되었다. 2도 off GaAs 기판 위에 성장시킨 태양전지에서는 3.7mA의 단락전류값이, 10도$^{\circ}$ off 인 샘플에서는 4.7mA의 단락전류값이 측정되었다. 반면에 전류-전압곡선으로부터 얻은 10도 off 인 태양전지의 직렬 저항값은 2도 off 인 태양전지의 약4배 정도로 나타났다. 이는 기판의 결정방향에 따라 태양전지의 내부 전하 transport에 차이가 있음을 나타낸다. TLM (Transmission Line Model) 방법에 의한 p-contact의 ohmic저항 측정에서도 이와 일치하는 결과를 얻었다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.640-644
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• 2009

현재 태양광 산업에서는 고정식 태양광 발전장치보다 발전 효율이 우수한 추적식 태양광 발전장치를 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 추적식 태양광 발전장치는 고정식에 대비하여 단위면적당 일사량을 최대로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 일조시간을 최대로 하여 태양전지의 발전효율을 극대화할 수 있다. 따라서 정밀하면서도 저렴한 태양위치 추적장치는 태양광 발전사업의 경제성을 높이고, 성능 대비 투자비용을 낮춰 태양광 발전설비의 보급을 촉진시켜줄 수 있는 중요한 기술이다. 본 연구는 태양위치를 감지하는데 센서를 사용하지 않고 천문학과 수학을 이용하여 정밀도 1분($0.016^{\circ}$)이내의 태양위치를 계산하는 알고리즘에 관한 것이다. 본 연구에서 제안하는 알고리즘은 장치의 제작비용을 낮추어 줄 뿐 아니라, 발전효율도 높여준다. 구현된 알고리즘을 적용시킨 추적식 태양광 발전장치를 운용 실측한 결과, 최대 30초($0.0038^{\circ}$)의 오차를 보여 추적식 발전장치의 경제성을 높일 수 있고, 시간복잡도(Time Complexity)와 공간복잡도(Spatial Complexity)가 낮아 실시간 태양 추적장치에 최적임을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.104.2-104.2
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• 2011

세계적으로 환경오염이 심각해짐에 따라 친환경적으로 에너지를 생산하는 기술이 주목받고 있다. 그 중에서도 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광 태양전지의 경우 원리가 간단하고 에너지원의 수급이 용이하다는 장점으로 인하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 태양광 태양전지의 경우, 태양전지 기판에서의 반사로 인하여 발전 효율이 낮아는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 텍스처링 공정을 통해 태양전지 기판에서의 반사를 줄이고 태양전지의 효율을 증가시키는 방법이 이용되고 있다. 본 연구에서는 나노 돌기를 가진 저반사 패턴을 이용하여 태양전지용 실리콘 기판을 제작함으로써, 태양전지 기판에서의 반사를 줄이고자 하였다. 나노 돌기를 가진 저반사 패턴이 형성 된 태양전지용 실리콘 기판을 제작하기 위해 ICP 장비를 이용한 $Cl_2$ 플라즈마 식각공정을 진행하였다. 먼저 Au agglomeration 기술을 이용하여 Au nano particle을 실리콘 기판 위에 형성 후, 이를 식각 마스크로 이용하여 ICP 식각을 진행하였다. 이어서 나노 돌기가 형성 된 실리콘 기판 위에 $Cl_2$ 플라즈마에 내식각성이 우수한 레지스트를 이용하여, 나노 임프린트 리소그래피 기술을 통해 저반사 패턴을 형성하였다. 이 방법으로 형성 된 저반사 패턴을 식각 마스크로 사용하여 앞의 공정과 동일한 조건으로 실리콘 기판을 식각하였다. 최종적으로 agglomerated Au particle과 $Cl_2$ 플라즈마에 내식각성이 우수한 레지스트를 이용하여 나노 돌기를 가진 저반사 패턴이 형성된 실리콘 기판을 제작하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.502-502
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• 2013

유기태양전지는 간단한 제작 공정과 저비용 제작이 가능하고 플렉서블 소자를 제작할 수 있는 장점을 가지고 있어서 많은 연구자들이 관심을 가지고 있다. 하지만 현재 유기태양전지의 효율은 낮기 때문에 실리콘 기반이나 화합물 기반의 태양전지에 비해서 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 유기태양전지의 효율을 높이기 위한 다양한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히 나노구조를 가지는 광활성층을 사용하여 제작된 고효율 유기태양전지에 대한 연구가 이루어지고 있다. 나노구조를 가지는 유기태양전지는 생성된 엑시톤을 분리시킬 수 있는 계면이 넓어지기 때문에 전하 분리 효율을 높아지게 되고, 고효율의 유기태양전지를 제작할 수 있게 된다. 또한, 넓은 광흡수 스펙트럼을 가지는 양자점을 활용하는 연구도 함께 진행되고 있다. 양자점을 사용하여 유기태양전지의 효율을 높이는 실험이 진행되고 있지만, 실제 효율을 높이는데 많은 어려움을 가지고 있다. 본 연구에서는 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체를 사용하여 요철 구조를 가진 광활성층을 사용한 유기태양전지를 제작하였다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체는 물질에 비해서 넓은 광흡수 영역을 가져서 생성된 엑시톤의 양을 늘리는 역할을 한다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 만든 요철 구조는 평면구조로 제작한 요철 구조에 비해서 계면에서 균일한 적층이 가능한 나노구조가 제작되기 때문에, 계면에서 일어나는 전하 손실을 줄일 수 있다. 고분자점과 양자점이 결합한 나노복합체로 제작된 요철 구조를 사용한 유기태양전지가 기본 소자에 비해서 상당한 효율 향상을 확인하였다. 양자점을 포함한 나노복합체로 제작된 유기 태양전지의 효율증진 메커니즘을 논한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.440-441
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• 2013

현재 친환경 에너지에 대한 관심의 증대로 인하여 박막 태양전지 연구에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히 InGaN 기반의 박막태양전지는 태양 스펙트럼 전체를 흡수 할 수 있는 넓은 흡수 대역, 비교적 높은 흡수 계수 ($>{\sim}10^5cm^{-1}$) 및 전자의 이동도 등으로 인하여 연구가 활발히 진행되고 있다. InGaN 박막 태양전지의 경우 ITO 층을 전류확산 층으로 많이 사용되는데, 일반적으로 평평한 박막의 형태를 갖는다. 이 평면 ITO 층에 dot을 형성하게 되면 상대적인 굴절률의 차이를 감소시켜 반사되는 빛의 양을 감소시킬 수 있어 태양전지가 흡수할 수 있는 빛의 양을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 장파장대의 빛의 경우 투과도가 높아 태양전지의 흡수 층을 투과할 가능성을 인하여 효율이 저하될 수 있다. 따라서 반사판을 사용하게 되면 빛의 광학적 경로를 증가시켜 효율을 향상시킬 수 있다. 알루미늄의 경우 InGaN 태양전지의 흡수대역에서 반사도가 90% 이상으로 알려져 있어 반사판으로 사용되기에 적절하여 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 FDTD 툴을 이용하여 ITO dot과 알루미늄 반사판을 이용하여 효율이 향상된 InGaN 박막태양전지의 시뮬레이션을 수행하였다. ITO dot이 존재하는 전류 확산층과 알루미늄 반사판의 투과도 및 반사율을 먼저 계산한 후 태양전지 구조에 적용하여 전류-전압 특성, 외부 양자효율 특성을 예측하였다. Fig. 1은 시뮬레이션된 InGaN 박막태양전지의 구조이다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.322-323
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• 2023

지속 가능한 에너지인 태양광 발전은 전 세계에서 널리 활용하는 재생 에너지 원천 중 하나로 최근 효율적인 태양광 발전 시스템 운영을 위해 태양광 발전량을 정확하게 예측하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 태양광 발전량 예측 모델을 구성하기 위해서는 기상 및 대기 환경을 넘어 태양의 위치에 따른 일사량의 정보가 필수적이나 태양의 실시간 위치 정보를 입력 변수로 활용한 연구가 부족한 실정이다. 그리하여 본 논문에서는 시간과 태양광 발전소 위치를 기반으로 태양의 고도와 방위각을 실시간으로 계산하여 입력 변수로 사용하는 방식을 제안한다. 이를 위해 AutoML 기반의 다양한 기계학습 모델을 구성하여 태양광 발전율을 예측하고 그 성능을 비교 분석하였다. 실험 결과, 태양 위치 정보를 포함한 경우에 환경 변수만을 고려하였을 때보다 예측 성능이 크게 향상되었음을 확인할 수 있었으며, Extra Trees 모델의 경우 태양 위치 정보를 추가하였을 때 MAE(Mean Absolute Error)가 33.90 에서 22.38 까지 낮아지는 결과를 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.323-323
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• 2014

기존의 태양전지 기술은 기술 장벽이 매우 낮고 대량 생산을 통한 단가 절감하는 구조를 가지고 있어 대규모 자본을 가진 후발 기업에게 잠식되기 쉽다. 그러나, III-V족 화합물 반도체를 이용한 집광형 고효율 태양전지는 기술 장벽이 매우 높은 기술 집약 산업이므로 독자적인 기술을 확보하게 되면 독점적인 시장을 확보 할 수 있어 미래 고부가 가치 산업으로 적합하다. 특히 III-V족 화합물 반도체 태양전지는 III족 원소(In, Ga, Al)와 V족 원소(As, P)의 조합으로 0.3 eV~2.5 eV까지 밴드갭을 가지는 다양한 박막 제조가 가능하여 다양한 흡수 대역을 가지는 태양전지 제조가 가능하기 때문에 다중 접합 태양전지 제작이 가능하다. 또한 III-V 화합물 반도체는 고온 특성이 우수하여 온도 안정성 및 신뢰성이 우수하고, 또한 집광 시 효율이 상승하는 특성이 있어 고배율 집광형 태양광 발전 시스템에 가장 적합하다. Si 태양전지의 경우 100배 이하의 집광에서 사용하나, III-V 화합물 반도체 태양전지의 경우 500~1000배 정도의 고집광이 가능하다. 이러한 특성으로 III-V 화합물 반도체 태양전지 모듈 가격을 낮출 수 있고, 따라서 Si 태양전지 시스템과 비교하여 발전 단가 면에서 경쟁력을 확보할 수 있다. III-V 화합물 반도체는 다양한 밴드갭 에너지를 가지는 박막 제조가 용이하고, 직접천이(direct bandgap) 구조를 가지고 있어 실리콘에 비해 광 흡수율이 높다. 또한 터널정션(tunnel junction)을 이용하면 광학적 손실과 전기적 소실을 최소화 하면서 다양한 밴드갭을 가지는 태양전지를 직렬 연결이 가능하여 한 번의 박막 증착 공정으로 넓은 흡수대역을 가지며 효율이 높은 다중접합 태양전지 제작이 가능하다. 이에 걸맞게 본연구에서는 화학기상증착장치(MOCVD)를 이용하여 InAsP 나노선을 코어 쉘 구조로 성장하여 태양전지를 제작하였다. P-type Dopant로는 Disilane (Si2H6)을 전구체로 사용하였다. 또한 Benzocyclobutene (BCB) 폴리머를 이용하여 Dielectric을 형성하였고 Sputtering 방법으로 증착한 ZnO을 투명 전극으로 사용하여 나노선 끝부분과 실리콘 기판에 메탈 전극을 형성하였다. 이를 통해 제작한 태양전지는 솔라시뮬레이터로 측정했을때 최고 7%에 달하는 변환효율을 나타내었다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.157-162
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• 2020

기존의 태양광발전장치 중에서 반사판을 갖춘 장치는 태양에너지(일사량)를 태양광 모듈 표면에 집중적으로 입사되는 방식이지만 태양광 모듈을 통해 다시 반사되어 손실되는 태양에너지(일사량)는 고려되지 않는 구조로 되어있다. 또한, 태양광 모듈 주위에 반사판을 설치하여 발전량을 높이는 방안이 제시되고 있지만, 이는 다른 태양광 모듈의 음영에 따른 발전 저하에 영향을 주고 있다. 따라서 이러한 문제점을 개선하고자 본 논문에서는 1) 음영에 따른 태양광 모듈의 발전에 영향을 주지 않으면서 2) 태양광 모듈에서 반사되어 손실되는 태양에너지(일사량)를 회전하는 반사판을 이용하여 태양광 모듈에 다시 입사되는 방법을 연구 및 제안한다. 따라서 손실된 태양에너지(일사량)의 무수한 반사 각도에 따른 태양에너지를 재활용할 수 있는 방법을 통해 태양에너지(일사량)에 대한 손실을 최소화, 동일 일사량에 대한 발전량을 최대화하므로 태양광발전장치의 발전량을 증가시킬 수 있다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제3권1호
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• pp.6-16
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• 2017

페로브스카이트 태양전지는 광흡수층으로 사용하는 페로브스카이트 물질의 우수한 전기적, 광학적 성질 덕분에 단기간에 전례 없는 효율 향상을 이루어 유망한 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 그와 함께 중심 금속으로 사용되는 독성의 납을 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 원고에서는 비납 페로브스카이트 물질을 이용한 태양전지 연구 동향과 향후 전망에 대해 논하고자 한다.

• 한국태양광발전학회지
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• 제1권2호
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• pp.57-64
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• 2015

본고에서는 실리콘 기판을 기반으로 하는 태양전지의 효율을 높이기 위해 태양전지 전면뿐만 아니라 후면에도 전극을 배치하여 광흡수를 극대화한 양면형 태양전지의 연구 개발, 성능 측정 및 응용 기술 등에 대한 동향을 소개하고자 한다.