• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.382-387
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• 2015

태양전지의 시장 경쟁력을 위해선 발전단가가 낮아야 하기 때문에, 현재까지도 더 높은 효율의 태양전지가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 더 높은 효율의 태양전지를 설계하기 위하여 광학적인 시뮬레이션을 이용하여 HIT 태양전지 구조에서 흡수가 큰 태양전지의 구조를 예측하였고, 이러한 구조에 대해서 EDISON 나노물리에서 지원하는 "태양전지 해석용 SW"를 사용하여 효율을 계산하였다. 소프트웨어를 통한 계산 결과 태양전지에 의한 흡수가 클수록 이는 직접적으로 전류밀도의 향상으로 나타났고, 따라서 효율이 증가하였다. 이러한 광학적인 예측을 통하여 $105.8W/m^2$의 효율을 가지는 태양전지를 디자인 함으로써, 기존 HIT 태양전지의 효율인 $56.62W/m^2$ 보다 약 1.868배 향상된 태양전지를 구현하였다.

• 광학세계
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• 통권118호
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• pp.60-63
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• 2008

7월호와 9월호에 이어 최근 관심이 고조되고 있는 태양전지에 대해 다루고 있다. 이번호는 마지막 시간으로 주택용 태양전지인 다결정 실리콘 태양전지의 전망에 대해 알아본다. 본 원고에서는 다결정 실리콘 태양전지의 변환효율향상 시도에 대해서 개괄한 후, 최근의 연구개발에서 달성된 고효율화 기술에 관한 성과를 소개한다. 각각의 특징을 비교하고 다결정 실리콘 태양전지의 고효율화 기술을 실용화할 때의 지침에 대해서 언급하겠다. 그리고 기판의 저 코스트화와 원료이용효율의 향상책으로서 이미 실용화레벨이 달하고 있는 슬라이스레스 실리콘기판기술에 대해서 비교검토하고, 이후의 지침에 대해서 언급하겠다. 마지막으로 이후의 초박형 Cast기판 태양전지를 전망하겠다.

• 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 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.298-298
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• 2010

최근 태양전지 연구가 활성화 되면서 다양한 종류의 태양전지가 만들어 지고 있다. 이에 따라 태양전지를 정확하게 분석하고 평가하는 방법에 대한 중요성이 커지고 있다. 태양전지의 성능과 품질을 평가하는 방법은 인공태양광조사장치(Solar Simulator)를 사용하여 태양전지의 전류와 전압특성을 측정하는 방법, 양자효율 측정 장치(Quantum Efficiency Measurement System)를 사용하여 태양광의 파장별로 분광반응도를 측정하는 양자효율측정법 등 다양한 방법이 있다. 그 중 양자효율측정법은 태양광의 다양한 파장에 대하여 태양전지가 파장대역마다 어떠한 반응을 하는지 알 수 있고, 그에 따른 태양전지에 사용된 재료의 특성을 알 수 있게 해준다. 일반적으로 양자효율측정은 태양광 아래에서의 상황과 유사한 환경을 만들기 위해 바이어스광을 사용하고, 분광기로 AC광원을 태양전지에 조사하여 측정한다. 바이어스광의 광량 및 AC광원의 주파수에 의해 양자효율 측정결과는 달라질 수 있는데, 이는 태양전지에 사용된 물질에 따라 다른 경향을 보인다. 본 연구에서는 바이어스광과 AC 광원 주파수를 특정한 광주파수대역(100 Hz ~ 1000 Hz)에서 단결정태양전지와 다결정태양전지에 조사하여 측정하였고, 양자효율 대한 영향과 그 결과에 따른 원인을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.382-382
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• 2011

보다 저렴한 다결정 실리콘 웨이퍼를 사용한 다결정 실리콘 태양전지의 발전효율개선을 위해서는 태양광스펙트럼의 표면 흡수기구를 최적화하고, 전자-정공쌍의 생성극대화 및 재결합 기구 제어를 통한 전하운바자들의 안정적인 분리와 전극으로의 효율적인 수집이 필수적인다. 현재 양질의 다결정 실리콘 웨이퍼에 기반한 다결정 실리콘 태양전지 양산공정에서 16~17% 발전효율이 이루어지고 있으며 18% 이상의 발전효율을 얻기 위해서는 보다 더 우수한 품질의 다결정 실리콘 웨이퍼가 요구된다. 본 연구에서는 15.5~16.5% 대역의 평균 발전효율을 갖는 15.6 cm${\times}$15.6 cm 크기 고효율 다결정 실리콘 태양전지 전면의 전자발광(EL : electroluminescence)데이터로부터 효율기여도가 높은 위치와 상대적으로 기여도가 낮은 위치들을 선정하여 380~1050nm 파장대역의 광선속에 대해 국부적인 외부양자효율(EQE : external quantum efficiency)을 측정하고 투과전자현미경(TEM : tunneling electron microscope) 등을 활용하여 결정방향 등에 기인하는 양자효율 악화기구를 분석하였다. 결론적으로 15%대의 상대적으로 낮은 발전효율을 보이는 태양전지들은 300~600 nm 단파장 영역에서 양자효율이 상대적으로 낮은 저급한 결정성의 웨이퍼에 기인하고 16.5%이상의 높은 발전효율을 갖는 태양전지들은 단파장영역에서 높은 양자효율을 갖는 영역이 수광면적의 80~90%를 차지하는 것으로 밝혀졌다. 이와 더불어 15%대의 발전효율을 갖는 태양전지에서는 600~1100 nm 파장대역에서 상대적으로 악화된 양자효율을 갖는 저급한 결정성 영역이 30~40%를 차지하였으나 16.5%대역의 고효율 태양전지에서는 저급한 결정성 영역이 5~10%를 차지하여 대조를 보였다. 따라서 18%이상의 높은 발전효율을 갖는 다결정 실리콘 태양전지의 양산을 위해서는 양자효율이 우수한 양품의 웨이퍼를 기반으로 표면 texturing을 통해 평균 태양광 흡수율을 90%이상으로 개선하고, 보다 미세한 프론트 전극패턴을 통해 수광면적을 개선하고 선택적인 에미티공정 기술 등을 적용할 필요가 있음을 제안하고자 한다.

• 광학세계
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• 통권123호
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• pp.26-28
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• 2009

현재 전 세계적으로 한정된 천연 화석 연료의 고갈, 유가 상승과 지구 온난화 등의 영향으로 여러 가지 신재생 에너지, 그 중에서도 특히 태양전지를 이용한 에너지 재생 분야에 대한 관심이 매우 커지고 있다. 현재 연구 개발 및 상용화가 진행 중인 여러가지 태양전지의 효율 증가 추세를 살펴보면, III-V 화합물 반도체 태양전지가 효율이 가장 높고, 효율 증가 추세가 당분간은 계속적으로 지속될 것으로 예상된다. 따라서 크게 나누어 보면 III-V 태양전지는 고효율화를 지속적으로 추구하고, 기타 태양전지들은 저가화 방향으로 연구개발이 주로 진행될 것으로 예상된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.307-307
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• 2012

현재 태양전지 시장은 결정질 태양전지가 주류를 차지하고 있으며 이중 상대적으로 재료비가 저렴한 다결정 실리콘 기반의 고효율 태양전지 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 실험에서는 표면 텍스처링 방법에 따른 태양전지 소자의 특성 변화에 대한 실험을 진행하였다. 일반적으로 다결정 태양전지의 경우 산성용액을 이용한 표면 텍스처링을 실시하는데 이 경우 표면에 형성된 텍스처 구조는 산성용액의 등방성 식각으로 인해 반구(Hemisphere) 형태의 구조를 띄게 된다. 이는 표면에서의 광흡수율을 떨어뜨려 태양전지 소자의 효율을 저해하는 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 다결정 실리콘 태양전지의 효율 향상을 위해 레이저를 이용한 차세대 텍스처링 방법에 대한 연구를 진행하였다. 우선 355 nm 파장의 Ultra-Violet (UV) 레이저를 소자 표면에 조사함으로써 $10{\mu}m$의 dot diameter와 depth를 갖는 honey comb 배열의 hole을 형성하였다. 이후 산성용액에 담가 레이저 공정 후의 slag를 제거해 최종적으로 피라미드 형태의 구조를 형성하였다. Suns_Voc 효율 측정 결과 산성용액을 이용한 텍스처링의 경우 개방 전압이 611 mV, 곡선인자가 81%, 효율이 17.32%로 각각 측정되었다. 반면, 레이저 텍스처링의 경우에서는 개방전압이 631 mV, 곡선인자가 83%, 효율이 18.33%로 용액 텍스처링 방법보다 우수한 특성을 보였다. 이는 UV 레이저 텍스처링을 통해 형성된 피라미드 형태의 표면 구조에서의 광흡수율이 산성용액을 이용한 방법보다 우수함을 말하며, 따라서 태양전지의 주요 파라미터가 향상된 결과를 보였다. 본 실험에서는 레이저 텍스처링을 통한 태양전지 제작에 대한 방법을 제시하며, 향후 고효율의 다결정 태양전지 제작에 있어 기여 할 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.110.2-110.2
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• 2011

일본 Sanyo 사에 의해서 획기적으로 HIT 태양전지가 개발된 바 있다. 이러한 HIT 태양전지는 기존의 확산-접합 Si 태양전지에 비해서 저비용 고효율의 장점을 갖는다: 22% 이상의 변환효율, $200^{\circ}C$ 이하의 공정온도, 낮은 태양전지 온도 의존도, 높은 개방전압. 한편 Sanyo사의 HIT 태양전지는 n-형 Si 웨이퍼를 이용한 반면에, 최근 미국 National Renewable Energy Laboratory는 p-형 Si 웨이퍼를 이용해서 변환효율 19% 대의 HIT 태양전지를 개발한 바 있다. 그 동안 지속적으로 p-형 Si HIT 태양전지를 고효율화하기(< 22%) 위해서 많은 노력이 진행되어 왔지만 이와 같은 노력에도 불구하고 아직 p-형 HIT는 n-형 HIT 태양전지에 비해서 다소 성능면에서 떨어져 있다. 본 연구는 n- 및 p-형 실리콘 웨이퍼로 구성된 HIT 태양전지의 물리적인 차이점에 초점을 맞추고, 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할에 대해서 연구하였다. 특히 태양전지 효율을 향상시키는 요소들로서 결정 실리콘의 불순물 준위(n- 및 p-형) 또는 비저항, 비정질 실리콘으로 구성된 emitter 층, intrinsic 층, 경계면이 고려되었다. 그리고 이러한 요소들이 HIT 태양전지에 미치는 영향을 조사하기 위해서 AMPS-1D 컴퓨터 프로그램을 사용하였고, 이를 통해서 HIT 태양전지의 결정 및 비정질 실리콘 층의 역할을 물리적 정량적으로 분석하였다. 본 연구에 적용되는 HIT는 ITO/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n+) 및 ITO/a-Si:H(n+)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/a-Si:H(p+)의 구조로서 다음과 같은 태양전지 특성을 갖는다: n-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.78, 단락전류밀도 ~ 38.1 $mA/cm^2$, 개방전압 0.74 V, 변환효율 22.3 % (그리고 p-형 HIT의 경우, fill factor ~ 0.76, 단락전류밀도 ~ 36.5 $mA/cm^2$, 개방전압 0.69 V, 변환효율 19.4 %).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.272-272
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• 2010

최근 화합물반도체를 이용한 집광형 고효율 태양전지가 차세대 태양전지로서 주목을 받기 시작하였다. GaAs를 주축으로 하는 고신뢰성 고효율 태양전지는 높은 가격으로 인해 응용이 제한되어왔으나, 고집광 기술을 접목하여 태양전지 재료 사용을 수 백배 이상 줄이면서도 동시에 효율을 극도로 향상시킴으로써 차세대 태양전지로 활발히 개발되고 있다. GaAs 기판을 이용한 다중접합의 태양전지는 n-type GaAs 기판 위에 버퍼 층, GaInP back surface field 층, GaAs p-n 접합, AlInP 창층, GaAs p-n 접합의 터널접합층, 상부전지로서 GaInP p-n 접합, AlInP 창층 순서로 epi-taxial structure를 형성하고 전극과 무반사막을 구성한다. 이러한 태양전지의 효율을 결정하는 요인 중, 상부 전극은 전기적 및 광학적 손실을 일으키는 원인으로써 최소화되어야 한다. 그런데 이러한 이중접합 화합물 태양전지에 집광한 태양광을 조사할 경우, 태양광을 집광한 만큼 전류가 증가하게 되며 증가한 전류가 전극에 흐르면서 전기적 효율 손실을 유발하게 된다. 따라서, 집광형 화합물 반도체 태양전지의 전극에 의한 손실에 대한 연구가 선행되어 저항에서 손실되는 전력을 최소화하여야만 전기적 손실이 낮은 고집광 태양전지 개발이 가능하다. 본 논문에서는 먼저 전극 두께가 0.5${\mu}m$인 GaInP/GaAs 이중접합 태양전지 (효율 25.5% : AM1.5G)의 집광시 효율 변화에 대해서 연구하였다. 이후 이러한 효율 변화가 전극 구조의 최적화에 의해서 개선 될 수 있는지를 삼차원 모의실험을 통해서 확인하였다. 모의실험에는 Crosslight 사의 APSYS를 사용하였고, material parameter를 보정하여 실제 실험 결과에 근사 시킨 후 전극 구조에 대한 최적화를 하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.1019-1022
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• 2004

본 연구에서는 PERC(passivated emitter and rear cell) 구조를 갖는 고효율 단결정 실리콘 태양전지에 도금법을 적용하여 Ni/Cu 전극을 형성하였다. 고효율 태양전지는 제작 비용이 높고 공정이 복잡하기 때문에 실용화에 적용이 어려운 단점이 있다. 따라서 태양전지의 효율은 그대로 유지하고, 공정을 간단하게 줄이면서 저가격화 할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 기존의 고효율 실리콘 태양전지에 가장 일반적으로 적용되고 있는 Ti/Pd/Ag 전극의 경우 고가의 증착 장비를 이용할 뿐만 아니라 재료 자체도 매우 고가의 물질이 사용되고 있다. 도금법으로 Ni/cu 전극을 형성하여 태양전지를 제작한 결과 공정을 간소화하고 비용을 절감 하면서, 20% 이상의 고효율 태양전지를 얻을 수 있었다.