• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.423.2-423.2
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• 2016

태양전지 모듈은 다층 구조를 형성하고 있으며, 신뢰성과 출력 향상을 위해 다양한 연구가 진행 중에 있다. 이를 위해서 모듈에 사용되는 전면 유리는 AR 코팅과 투과도가 좋은 저철분강화유리를 사용하고, 후면에는 반사도가 높은 Backsheet를 사용하게 된다. 또한 태양전지 모듈의 제작 조건 중 하나는 비슷한 출력을 갖는 태양전지를 사용하는 것이다. 만약 태양전지의 출력 불균일이 발생하게 되면 모듈 전체 출력이 낮아질 뿐만 아니라 출력이 낮은 태양전지가 주변 태양전지보다 높은 온도를 나타낸다. 태양전지 모듈에서 온도 편차가 발생한다는 것은 전지의 출력 불균일이 발생한다고 예상할 수 있는 지표이다. 따라서 태양전지 모듈의 후면에 온도 센서를 부착하여 모니터링하였으며, 태양전지 위치에 따라서 약 $3^{\circ}C$의 온도 차이가 발생하는 것을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.34.2-34.2
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• 2011

본 연구에서는 1986년에 국내 섬 지역에 설치된 태양전지 모듈을 대상으로 전기적 특성값의 열화 및 열화 원인에 대한 분석을 실시하였다. 태양전지 모듈의 초기 최대 출력값은 50 W였고, 5인치 단결정 실리콘 태양전지 36개로 구성되어 있었다. 첫째로, 육안 검사를 통해서 태양전지 모듈의 열화 현상을 관찰하였다. 태양전지 모듈의 절연성은 IEC 61215의 기준으로 측정하였다. 태양전지 모듈의 전기적 특성평가를 통해서 최대 출력값의 변화량을 측정하였고, EL(Electroluminescence) 측정을 통해서 태양전지의 열화를 분석하였다. 이를 통해 분석된 주요 열화 모드는 봉지재 (Encapsulant)의 변색(Discoloration) 및 박리(Delamination)현상이었다. 봉지재의 변색된 부분 및 변색되지 않은 부분의 태양광 반사도를 측정한 결과 변색된 부위의 반사도가 증가한 것을 확인하였다. 두번째로 최대 출력전압을 태양전지 모듈에 인가한 상태에서 태양전지 각각의 온도를 T.C (Thermocouple)을 이용하여 측정하였고, 이를 통해서 태양전지의 열화와 온도와의 관계를 분석하였다. 마지막으로 태양전지 모듈의 단면분석을 통해서 봉지재의 박리현상 및 리본와이어의 솔더 접합계면을 관찰하였다. 또한, 봉지재를 제거한 후에 SEM&EDX를 통해서 리본와이어 및 금속전극의 부식현상을 분석하였다.

• 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.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.49.1-49.1
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• 2011

태양전지 모듈의 25년 이상 보증을 위해 태양전지 모듈을 구성하는 부품 소재의 신뢰성이 부각되고 있다. 현재까지 알려진 태양전지 모듈용 에틸렌 아세테이트 비닐(ethylene Vinyl Acetate, EVA)의 주요 열화 메카니즘은 황변(yellowing)과 박리(delaminaation)이다. 따라서 본 연구에서는 태양전지 모듈을 구성하는 재료 중 EVA 소재의 열화 메커니즘을 도출하기 위해 이미 알려진 스트레스 인자를 이용한 가속 열화시험을 설계한 후 가속열화시험을 실시하였으며, 이로부터 EVA의 열화 메카니즘을 규명하였다. 열화모드 재현을 위해 소형 태양광 모듈을 제작하였으며, Weather-Ometer를 이용하여 열화시험을 수행하였다. 시험조건은 4종 Phase가 1 사이클이 되도록 실험하였으며, Dark 조건 1 Phase 및 Light 조건 3 Phase 조건으로 실시하였다. 태양전지 모듈의 열화량은 매 500 사이클 마다 Light I-V 변화량을 측정하여 분석하였다. EVA의 물리 화학적 열화분석을 위해 단면분석, 적외선분광기(Fourier Transform-Infra Red, FT-IR) 및 주사전자현미경을 이용하여 열화 특성에 대한 분석을 실시하였고, 이를 근거로 EVA의 열화 메커니즘을 규명하였다.

• 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.487.2-487.2
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• 2014

일반적으로 PV모듈은 태양전지의 내구성을 보완하기 위해 유리, EVA, Back-sheet, Frame등을 사용하여 보호하게 된다. 이렇게 하나의 PV모듈로 만들어져 약 20년간 옥외에 노출 되면서 다양한 하중에 노출된다. PV모듈의 변형이 발생하면서 PV모듈 내부에 위치하는 태양전지도 다양한 원인에 의해 외부에서 힘을 받음으로써 변형이 일어나고 심지어 태양전지의 파손이 발생 되는 경우도 있다. 따라서 PV모듈 내에 존재하는 태양전지가 외부하중에 의한 내구성을 확보하기 위해서는 유리, EVA, Frame과 같은 PV모듈 구성소재가 하중에 대한 변형량을 분석함으로써 태양전지 파손을 방지할 수 있는 구조 및 재료 연구에 활용 될 수 있을 것으로 판단된다. 이를 분석하기 위해 강화유리를 중심으로 EVA, 태양전지, Back-sheet의 적층화 과정에서 외부하중에 대한 변형량 비교와 강화유리, EVA 두께 변화에 따른 변형량, 라미네이션(Lamination)된 모듈과 프레임 사이의 접착력이 변형량에 어떤 영향을 미치는 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.417-419
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• 2011

태양전지 모듈은 back sheet, 후면 충진재, 태양전지 cell, 전면 충진재, 전면 보호유리의 구성으로 되어 있다. back sheet는 유리 또는 금속을 사용하는데 사용 재료에 따라 각각 유리봉입방식, 슈퍼스트레이트방식으로 구분된다[1]. 태양전지를 보호하기 위한 충진재는 빛의 투과율 저하가 적은 PVB(Poly Vinyl Butylo)나 내습성이 뛰어난 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 등이 주로 이용된다. 유리봉입방식과 슈퍼스트레이트 방식의 공통점은 모듈 전면에 투과율과 내?충격 강도가 좋은 강화 유리를 사용하는 것이다. 하지만 현재 모듈의 전면 유리는 평탄한 표면 때문에 태양고도가 낮을 때 상대적으로 반사율이 높은 단점을 가지고 있다[2]. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 표면 유리에 요철(anti-glare) 구조를 형성하면 평면 구조의 표면에서 반사되는 태양광이 일부 태양전지 내부로 재입사가 일어나게 되어 표면 반사율이 낮아지게 되고, 이로 인하여 태양전지의 효율이 증가하게 된다. 특히 이러한 효과는 태양고도가 낮아졌을 때 요철(anti-glare) 구조에 의한 반사율의 감소가 증가하기 때문에 평면 구조보다 요철(anti-glare) 구조의 태양전지 모듈 효율이 향상될 것이다. 본 논문에서는 요철(anti-glare) 구조를 만들기 위해서 유리와 평면 구조의 유리에서의 반사율과 투과율을 측정하여 비교 분석하였고, 특히 태양고도의 고도가 변할 때를 비교하기 위하여 반사율 및 투과율을 측정 할 때 입사광의 각도를 변화시켰다. 그리고 태양전지 cell 위에 요철(anti-glare) 구조의 유리와 평명 구조의 유리를 각각 위치시킨 후 태양전지 cell의 효율변화를 확인하였다. 이때 태양전지 cell의 표면은 이방성 식각 용액을 이용하여 역피라미드 구조의 텍스쳐링 태양전지 cell과 평면 구조의 태양전지 cell을 각각 사용하여 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.483.1-483.1
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• 2014

태양광 시스템의 발전량의 증가로 인하여 높은 전위차에 의한 새로운 형태의 태양전지 모듈의 열화 및 출력 감소가 보고되고 있다. Potential induced degradation (PID) 이라고 불리는 이 현상은 고 전위차가 모듈을 구성하는 태양전지와 프레임 사이에 인가되며 발생하는 열화 현상이다. PID의 발생은 태양전지와 프레임 사이의 누설 전류의 크기를 통하여 간접적으로 설명이 되고 있다. 그리고 PID의 해결 방법으로 이 누설 전류를 줄이기 위하여 모듈의 구성 재료를 변화시키는 연구가 보고되고 있다. 하지만 아직 누설 전류와 출력 감소의 연관성에 대한 설명이 부족하고 정확한 발생 원인은 밝혀지지 못한 상황이다. PID가 발생된 이후 태양전지에 발생된 변화를 관찰하기 위하여 항온, 항습 챔버와 고전압 발생 장치에서 PID 시험을 하였다. 서로 다른 두 종류의 태양전지를 사용하여 시간에 따른 PID 현상의 차이점을 살펴보았고 출력 변화를 light IV로 관찰하였다. 또한 시간에 따른 모듈의 전기적 특성의 변화는 dark IV와 electroluminescence (EL)를 이용하여 측정하였다.

• 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.494.1-494.1
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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.