• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.132-132
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• 2010

3-5족 화합물 반도체는 직접천이형 반도체이며, 여러가지 우수한 특성으로 인하여 고효율의 태양전지물질로 각광을 받고 있다. 또한 3중접합 구조를 이용한 집광형태양전지의 경우, 40% 이상의 높은 효율을 보인다고 보고 되고 있다. 이러한 고효율 태양전지를 실리콘 기판위에 성장할 경우, 대면적에서의 태양전지제작이 가능해지며, 단가절감이 가능할 것이라고 예상된다. 하지만, 하부셀로 사용되는 게르마늄과 실리콘의 4.2%의 격자상수차이로 인하여, 고품질의 게르마늄 박막을 실리콘 기판위에 성장하는 데에 있어서 많은 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 저온에서 성장한 게르마늄 박막을 완충층으로 사용하는 2단계 성장법이 제안되었다. 하지만, 2단계 성장법에서 저온 완충막의 성장조건이 게르마늄 박막에 미치는 영향은 명확하지 않다. 본 연구팀은 초고진공 화학기상증착법을 이용하여 순수 게르마늄 박막을 실리콘 기판 위에 성장하였으며, 저온 완충막의 두께를 20 nm에서 120 nm까지 변화시켜서, 완충막의 두께가 게르마늄박막에 미치는 영향에 대해서 연구해 보았다. 그 결과, 40 nm이하의 두께를 갖는 완충막을 사용할 경우, 박막 내부에 실리콘 게르마늄을 형성하면서, 거친 표면이 형성되었다. 반면에, 40 nm보다 두꺼운 완충막을 사용할 경우 평탄한 표면을 갖는 순수게르마늄박막이 형성되었다. 이를 통해서, 순수 게르마늄박막 성장을 위해서는 일정 두께 이상의 저온 완충막이 사용되어야함을 알 수 있었다. 또한 게르마늄박막의 관통 전위 밀도를 분석해 본 결과 완충막의 두께가 80 nm까지 두꺼워짐에 따라서 초기에는 관통전위밀도가 $1.2\;{\times}\;10^6\;cm^{-2}$ 까지 감소하는 경향을 보였으나, 완충막의 두께가 더욱 증가할 경우 관통전위밀도가 증가하였다. 이러한 결과를 바탕으로 저온 완충막의 두께를 조절함으로써 최적화된 게르마늄의 성장이 가능함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.143-144
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• 2010

3-5족 화합물 반도체를 이용한 집광형 삼중 접합 태양전지는 40% 이상의 광변환 효율로 많은 주목을 받고 있다[1]. 삼중 접합 태양전지의 하부 셀은 기계적 강도가 높고 장파장을 흡수할 수 있는 Ge이 사용된다. Ge위에 성장될 III-V족 단결정막으로서 Ge과 격자상수가 일치하는 GaInP나 GaAs가 적합하고, 성장 중 V족 원소의 열확산으로 인해 Ge과 pn접합을 형성하게 된다. 이때 GaInP의 P의 경우 GaAs의 As보다 확산계수가 낮아 태양전지 변환효율향상에 유리한 얇은 접합 형성이 가능하고, 표면 에칭효과가 적기 때문에 GaInP를 단결정막으로 선택하여 p-type Ge기판 위 성장으로 단일접합 Ge구조 제작이 가능하다. 하지만 이종접합 구조 성장으로 인해 발생한 계면사이의 전위나 미세결함들이 결정막내부에 존재하게 되며 이러한 결함들은 광학소자 응용 시 비발광 센터로 작용할 뿐 아니라 소자의 누설전류를 증가시키는 원인으로 작용하여 태양전지 변환효율을 감소시키게 된다. 이에 결함감소를 통해 소자의 전기적 특성을 향상시키고자 수소 열처리나 플라즈마 공정을 통해 수소 원자를 박막내부로 확산시키고, 계면이나 박막 내 결함들과 결합시킴으로서 결함들의 비활성화를 유도하는 연구가 많이 진행되어 왔다 [2][3]. 하지만, 격자불일치를 갖는 GaInP/Ge 구조에 대한 수소 열처리 및 불순물 준위의 거동에 대한 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 Ga0.45In0.55P/Ge구조에 수소 열처리 공정을 적용을 통하여 단결정막 내부 및 계면에서의 결함밀도를 제어하고 이를 통해 태양 전지의 변환효율을 향상시키고자 한다. <111> 방향으로 $6^{\circ}C$기울어진 p-type Ge(100) 기판 위에 유기금속화학증착법 (MOCVD)을 통해 Si이 도핑된 200 nm의 n-type GaInP층을 성장하여 Ge과 단일접합 n-p 구조를 제작하였다. 제작된 GaInP/Ge구조를 furnace에서 250도에서 90~150분간 시간변화를 주어 수소열처리 공정을 진행하였다. 저온 photoluminescence를 통해 GaInP층의 광학적 특성 변화를 관찰한 결과, 1.872 eV에서 free-exciton peak과 1.761 eV에서 Si 도펀트 saturation에 의해 발생된 D-A (Donor to Acceptor)천이로 판단되는 peak을 검출할 수 있었다. 수소 열처리 시간이 증가함에 따라 free-exciton peak 세기 증가와 반가폭 감소를 확인하였고, D-A peak이 사라지는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 수소 열처리에 따른 단결정막 내부의 수소원자들이 얕은 불순물(shallow impurity) 들로 작용하는 도펀트들이나, 깊은 준위결함(deep level defect)으로 작용하는 계면근처의 전위, 미세결함들과의 결합으로 결함 비활성화를 야기해 발광세기와 결정질 향상효과를 보인 것으로 판단된다. 본 발표에서는 상술한 결과를 바탕으로 한 수소 열처리를 통한 박막 및 계면에서의 결함준위의 거동에 대한 광분석 결과가 논의될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.206-209
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• 2006

In this paper, I try to measure the electrical characteristics of PV cell for lanterns with solar simulator and simulated with PC1D software. I keep my eye on the characteristics variation of PV cell as a temperature change. Therefore, I try to increase a temperature of controlled block from $10^{\circ}C$ to $50^[\circ}C$ while measuring the FV cell. As a result, A variation caused by voltage have an effect on the efficacy of PV cell. Hence it is an important variable when a designer plan to make a solar cell for lanterns.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.68-68
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• 2011

본 연구에서는 PV cell이 직달 일사에 노출되는 경우와 집광된 태양광에 조사되는 경우의 성능을 비교하는 한편 집광기의 형태에 따른 열적 성능을 검토하고자 하였다. PV cell은 본질적으로 반도체의 특성을 가지므로 작동온도의 상승에 따라 성능이 저하된다는 사실이 알려져 있으며, 태양조사의 강도 및 밀도 등 특성에 따라서도 성능의 변화를 예상할 수 있다. 그러나 이러한 성능변화에 관련된 인자들과 그 영향의 크기에 대한 정량적인 기술자료가 부족하므로 설치와 이용에 한계가 있는 것이 현실이다. 인공태양 장치(solar simulator)를 이용하여 0.7에서 1.2 sun 범위의 태양 조사 환경에서 결정질 실리콘계 PV cell과 집광형 PV cell의 성능을 검토하였다. 집광에 사용한 PTC는 집광면적의 폭이 500 mm이며, 집광 조사면적이 최소 10 mm인 경우 이론적 최대 집광비가 50이었다. PTC의 축방향으로는 균일한 태양조사가 있게된다는 것을 가정하여 모델의 길이는 간편한 실험을 위해 150에서 500 mm의 범위에서 제작하였다. 수평으로 놓인 PTC의 상부 초점 위치로부터 집광면이 아래 쪽에 위치할수록 집광 조사 면적이 증가하므로 PV cell의 크기에 따라 PTC 초점의 위치로부터 거리를 결정하였다. 한편, PTC 자체의 성능도 촛점거리와 집광면 폭의 비에 따라 달라질 수 있다는 가정 하에, 포물면의 최저 위치로부터 촛점거리는 각각 300, 400 및 500 mm가 되도록 세가지 형태를 제작하여 사용하였다. 동일한 형태의 PTC에서 PV cell의 동일한 설치 위치에서도 최고 $110^{\circ}C$ 범위의 PV cell의 작동 (표면) 온도에 따른 성능의 차이를 관찰하기 위해 셀의 후면을 냉각시키는 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하였다. PV cell의 표면 온도 측정을 위해서, 후면의 온도와 같이 광선 차단 효과의 우려가 없는 경우에는 열전대를 설치하였으며, 셀의 전면 온도 측정을 위해서는 비접촉식 적외선 온도계를 사용하였다. 냉각 방법으로는 공기를 이용한 자연대류와 액체를 사용하는 강제대류의 경우를 고려하였으며, 필요에 따라 적절히 설계된 히트싱크를 설치하여 비교 실험을 진행하였다. 강제대류 냉각의 경우는 항온조를 사용하여 순환하는 냉각수의 유량과 공급온도를 변화시킴으로써 PV cell의 작동온도를 조절하고, 이에 따른 발전 성능의 변화를 관찰하였다. 본 연구에서 도출한 실험 및 분석 결과는 PV cell의 설치 환경과 작동온도의 변화에 따라 그 성능 변화를 예측할 수 있는 기술적 자료를 제공함으로써 에너지 이용의 합리화를 도모하는데 기여할 수 있을 것이다.

• New & Renewable Energy
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• 제18권4호
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• pp.64-69
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• 2022

Double-sided photovoltaic (PV) modules have received significant attention in recent years as a technology that can achieve higher annual energy production rates than single-sided modules. The shingled technology is a promising method for manufacturing high-density and high-power modules. These modules are divided by laser and joined with electrically conductive adhesives. The output efficiency of the divided cells depends on the division pattern and the electrode pattern, making it important to understand the output characteristics. In this study, the output characteristics of large-area double-sided light-receiving shingled cells with different split patterns and electrode patterns were investigated. The M6 size, with 6 divisions in the electrode pattern, had the highest efficiency when using 142 front fingers and 146 rear fingers. The M10 size, with 7 divisions, had the highest output when using 150 fingers equally in the front and rear. The M12 size, also with 7 divisions, showed the highest output characteristics when using 192 front fingers and 208 rear fingers.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• 제25권3호
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• pp.289-296
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• 2014

Here, we have studied the effect of water added electrolyte on the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells (DSSCs). It was found that open-circuit voltage ($V_{oc}$) increased and short-circuit current density ($j_{sc}$) decreased with the increase of the amount of added water in the electrolyte of the DSSCs. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) study showed that the electrolyte with added water shifted the dye loaded $TiO_2$ conduction band upward that eventually increased $V_{oc}$ of the cells. On the other hand, the upward shift of $TiO_2$ conduction band decreased the driving force for the electron injection from the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the dye molecules to the conduction band of $TiO_2$ that resulted in decreased $j_{sc}$.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• 제24권5호
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• pp.421-427
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• 2013

We report on the time dependent degradation of cell in dye-sensitized solar cells (DSSC). The photovoltaic performance of DSSC over a period of time was investigated in liquid electrolyte based on triiodide/iodide during six days. It was found that the short circuit current density ($j_{sc}$) of the cell dropped from 9.9 to $7mA/cm^2$ while efficiency (${\eta}$) of the cell decreased from 4.4 to 3.3%. The parameters corresponding to fundamental electronic and ionic processes in a working DSSC are determined from the electrochemical impedance spectrascopy (EIS) at open-circuit potential ($V_{oc}$). EIS study of the DSSC in the this work showed that the electron life time ${\tau}_r$ and chemical capacitance $C_{\mu}$ decreased significantly after six days. It was correlated the $j_{sc}$ and efficiency decreased after six days.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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.

• 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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• 한국태양에너지학회 2012년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.96-101
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• 2012

An experimental study was conducted to investigate the performance of a concentrating photovoltaic cell (CPV) against temperature. It is know that a high efficiency of a CPV can be achieved only with proper cell temperature as well as high concentration ratio (CR). This study is concerned with appropriate cooling condition for a liquid-convection cooler for the best performance of a specific CPV. A series of experiments was conducted in a range of cell temperatures as a result of varying cooling conditions, while the concentration ratio was 390 and the solar irradiation flux was higher than 900 $W/m^2$ in outdoor environment. The CPV had a planar dimension of 10 by 10 mm. A Fresnel lens was used as a concentrator, of which the dimension was 221 mm(W) ${\times}$ 221 mm(L) ${\times}$ 3 mm(t) and the transmissivity was known to be 0.8. The cooler was attached to the bottom side of the CPV and had a contact area of 21 mm(W) ${\times}$ 26 mm(L), which was identical to the size of the base plate of the CPV. The coolant temperature was controlled by an isothermal bath and the flow rate was controlled and measured by a flowmeter. The experimental results showed that the average of power efficiency of the CPV decreased from 28.6 % to 24.7 % as the cell temperature increased from $36^{\circ}C$ to $97^{\circ}C$. An appropriate cooling method of a CPV might increase the power conversion efficiency by about 4% for the same concentration ratio. Discussion is included from the viewpoint of the combined efficiency in addition to the power efficiency.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.187.2-187.2
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• 2011

태양광산업의 value chain중 up-stream쪽인 고순도 실리콘산업은 셀, 모듈, 시스템 쪽에 비하여 영업 이익률이나 부가가치 측면에서 매우 높은 성장성을 현재 보여주고 있으며 최근 원자력산업의 안전성 문제가 대두됨으로 인하여 태양광수요가 전 세계적으로 증대되는 경향을 나타내어 태양광용 실리콘의 수요가 확대됨과 아울러 spot시장에서의 가격 또한 상승하고 있다. 이런 관점에서 잉곳 및 웨이퍼 가공 중에 발생하는 고순도 실리콘 폐기물의 재활용 이 다시 주목받고 있다. 태양전지 웨이퍼(wafer)용 소재는 6N급 이상의 결정질 실리콘 잉곳(ingot)이 주를 이루며, 고효율의 셀을 제조하기 위해서 단결정 실리콘 잉곳이 많이 사용된다. 실리콘 단결정을 육성하는 방법에는 Floating zone 법, Czochralski 법, Bridgeman 법, CVD 등 매우 다양하다. 이 중 Czochralski 법은 전체 생산량의 대부분을 차지하고 있는 방법으로, 용융액에서 결정을 인상하여 ingot을 제작하는 방법이다. 그러나 대량의 전기에너지를 소비하여 제작되는 고순도의 실리콘 단결정 잉곳은 후 가공공정에서 그 절반 이상이 분말(powder) 및 슬러지(sludge)로 폐기되므로, 자원의 재활용 및 환경오염 측면에서 주요과제가 되고 있다. Czochralski 법으로 제작된 ingot의 경우 그 표면이 매끄럽지 못하여, 웨이퍼 단위의 가공 시 형태가 진원이 될 수 있도록 표면을 미리 연마(grinding)하는데, 이때에도 미세 분말이 다량 발생하게 된다. 본 연구에서는 이러한 고순도 단결정 실리콘 ingot의 연마 가공공정에서 발생한 미세 분말을 용해하여 보았다. 진공 챔버(chamber) 내부에 유도가열 코일과 냉도가니로 구성된 장비를 통해 전자기유도가열을 이용하여 실리콘 분말 폐기물을 용해하고, 그 시편을 ICP-MS 및 비저항 측정을 통해 분말 의 특성을 조사하여 재활용 가능성을 검토해 보았다.