태양광발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 전기에너지로 직접 변환시켜주는 소자이다. 따라서 햇빛이 비치는 곳에서는 어디서나 전기를 얻을 수 있으며,기존의 다른 발전방식과는 달리 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다. 그러나 현재의 태양광 발전은 태양에너지의 밀도와 태양광 발전시스템의 변환효율이 낮아 넓은 설치면적이 필요하고 발 전단가가 상대적으로 높은 단점이 있기 때문에 기존 발전방식과 경쟁하기에는 미흡하다. 더욱이 최근에 ...
태양광발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 전기에너지로 직접 변환시켜주는 소자이다. 따라서 햇빛이 비치는 곳에서는 어디서나 전기를 얻을 수 있으며,기존의 다른 발전방식과는 달리 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다. 그러나 현재의 태양광 발전은 태양에너지의 밀도와 태양광 발전시스템의 변환효율이 낮아 넓은 설치면적이 필요하고 발 전단가가 상대적으로 높은 단점이 있기 때문에 기존 발전방식과 경쟁하기에는 미흡하다. 더욱이 최근에 태양전지 시장의 강자로 떠오른 중국의 저가 고효율 태양전지와 경쟁을 위해 원가절감과 동시에 고효율 기술개발이 특히 요구되고 있다. 현재 태양전지는 다양한 종류의 재료로 만들어지고 있고, 가장 많이 사용되고 있는 재료는 단결정 Si으로 시장의 80% 이상을 차지하고 있다. 이러한 단결정 Si 태양광전지 또한 원가절감에 있어 한계점에 나타내고 있기 때문에 다양한 방법의 고효율 기술이 연구되고 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 고효율 달성을 위한 방법은 다양한 구조로 시도되고 있다. local contact, selective emitter 등으로 표면 재결합 감소를 통해 24.7 %의 고효율을 달성한 PERL cell, 후면에 모든 전극을 형성한 IBC 구조, 전면 p-n 접합과 후면 전극의 장점을 가진 EWT 구조, a-Si:H을 이용한 passivation으로 개방전압을 높인 HIT 등으로 모두 20% 이상의 저가 고효율 태양전지 기술로 연구되고 있다. 태양전지 모델링 및 전산모사는 다양한 구조의 변환효율 손실 및 개선 매커니즘의 연구로 저가 고효율 태양전지 연구에 소요 비용 및 시간 절감 측면에서 중요하다. 본 연구에서는 광학적, 전기적 특성 전산모사를 이용하여 다양한 구조의 실리콘 계열 태양전지의 효율 저하 원인을 분석하고, 고효율화에 대한 여러 가지 방안을 제시하며, 전산모사를 통해 이를 확인하였다. 모의실험에 사용한 프로그램은 2D, 3D반도체 소자 모의실험에 사용되는 ATLAS TCAD 프로그램과, 결정질 실리콘 태양전지에 사용되는 PC1D, 이종접합 태양전지에 사용되는 AFORS, 광학시뮬레이션을 위한 Light Tools 등을 이용하였다. 본 모의실험의 목적은 다양한 구조의 실리콘 태양전지에서 일반적인 효율 저하 원인 분석 및 효율 개선 방안을 확인하는 것이다. 이를 위해 각 구조에 따른 반송자 전송 특성을 확인하고, 재결합 특성에 따른 효율 변화 및 분석, 효율 개선 방안 등을 알아보았다. 여기에는 SRH recombination, AUGER recombination, radiative recombination 재결합 등이 포함되며, 표면 재결합 분포 특성 분석을 통해 표면 passivation의 영향 및 효율 개선 방안을 확인하였다. 또한 웨이퍼 품질에 따른 결함의 효율에 대한 영향을 알아보고 실제 실험 결과와의 비교하였다. 최종적으로 태양전지 효율 저하에 영향을 미치는 각 요인들은 분석하고, 저가 고효율 태양전지 제작을 위한 방안을 제시하였다.
태양광발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 전기에너지로 직접 변환시켜주는 소자이다. 따라서 햇빛이 비치는 곳에서는 어디서나 전기를 얻을 수 있으며,기존의 다른 발전방식과는 달리 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다. 그러나 현재의 태양광 발전은 태양에너지의 밀도와 태양광 발전시스템의 변환효율이 낮아 넓은 설치면적이 필요하고 발 전단가가 상대적으로 높은 단점이 있기 때문에 기존 발전방식과 경쟁하기에는 미흡하다. 더욱이 최근에 태양전지 시장의 강자로 떠오른 중국의 저가 고효율 태양전지와 경쟁을 위해 원가절감과 동시에 고효율 기술개발이 특히 요구되고 있다. 현재 태양전지는 다양한 종류의 재료로 만들어지고 있고, 가장 많이 사용되고 있는 재료는 단결정 Si으로 시장의 80% 이상을 차지하고 있다. 이러한 단결정 Si 태양광전지 또한 원가절감에 있어 한계점에 나타내고 있기 때문에 다양한 방법의 고효율 기술이 연구되고 있다. 결정질 실리콘 태양전지의 고효율 달성을 위한 방법은 다양한 구조로 시도되고 있다. local contact, selective emitter 등으로 표면 재결합 감소를 통해 24.7 %의 고효율을 달성한 PERL cell, 후면에 모든 전극을 형성한 IBC 구조, 전면 p-n 접합과 후면 전극의 장점을 가진 EWT 구조, a-Si:H을 이용한 passivation으로 개방전압을 높인 HIT 등으로 모두 20% 이상의 저가 고효율 태양전지 기술로 연구되고 있다. 태양전지 모델링 및 전산모사는 다양한 구조의 변환효율 손실 및 개선 매커니즘의 연구로 저가 고효율 태양전지 연구에 소요 비용 및 시간 절감 측면에서 중요하다. 본 연구에서는 광학적, 전기적 특성 전산모사를 이용하여 다양한 구조의 실리콘 계열 태양전지의 효율 저하 원인을 분석하고, 고효율화에 대한 여러 가지 방안을 제시하며, 전산모사를 통해 이를 확인하였다. 모의실험에 사용한 프로그램은 2D, 3D 반도체 소자 모의실험에 사용되는 ATLAS TCAD 프로그램과, 결정질 실리콘 태양전지에 사용되는 PC1D, 이종접합 태양전지에 사용되는 AFORS, 광학시뮬레이션을 위한 Light Tools 등을 이용하였다. 본 모의실험의 목적은 다양한 구조의 실리콘 태양전지에서 일반적인 효율 저하 원인 분석 및 효율 개선 방안을 확인하는 것이다. 이를 위해 각 구조에 따른 반송자 전송 특성을 확인하고, 재결합 특성에 따른 효율 변화 및 분석, 효율 개선 방안 등을 알아보았다. 여기에는 SRH recombination, AUGER recombination, radiative recombination 재결합 등이 포함되며, 표면 재결합 분포 특성 분석을 통해 표면 passivation의 영향 및 효율 개선 방안을 확인하였다. 또한 웨이퍼 품질에 따른 결함의 효율에 대한 영향을 알아보고 실제 실험 결과와의 비교하였다. 최종적으로 태양전지 효율 저하에 영향을 미치는 각 요인들은 분석하고, 저가 고효율 태양전지 제작을 위한 방안을 제시하였다.
Solar energy is becoming one of the primary sources of energy replacing fossil fuels due to its abundance. Its versatility, abundance and environmental friendly have made it one of the most promising renewable sources of energy. Solar cells convert this solar energy into Electrical Energy used to dr...
Solar energy is becoming one of the primary sources of energy replacing fossil fuels due to its abundance. Its versatility, abundance and environmental friendly have made it one of the most promising renewable sources of energy. Solar cells convert this solar energy into Electrical Energy used to drive various appliances. The effort to improve the efficiency of these cells and the reduction of their costs has been a major concern for a long time. Modeling of various structures of solar cells provides an insight into the physics involved in its operation and better understanding of the ways to improve their efficiency. In this work a three dimensional Drift Diffusion Model has been developed and has been used to simulate Silicon Solar cells. This model involves the self consistent solution of the Poisson and Continuity Equations. A pn silicon solar cell has been simulated to test the working of the code. Later a p+-p-n+ and n+-p-p+ structure of various lengths has been simulated to understand the physics behind the operation of a realistic silicon solar cell. Recombination mechanisms which play a crucial role in the determination of the cell efficiency such as Radiative Recombination, SHR recombination, Auger Recombination have been included in the code. Light does not enter through all the regions of the device since the top metal contact has some reflectivity and thus prevents the light to enter the device called the Shadowing effect. Thus Shadowing effect tends to reduce the efficiency of the solar cell as the effective number of electron hole pairs generated within the device has been reduced and this is observed during simulation. The surface recombination effect has also iv been included for the surface of the window through which light enters the device and this also tends to reduce the efficiency. Finally the efficiency variation with the variation in the length of the device has been simulated. Theoretically the efficiency increases initially with the increase in the base length since the capture of higher wavelength photons or lower energy photons is possible thus increasing the efficiency but with increase after a certain length a decrease in the efficiency takes place due to the increase in the ratio of the length of the device to the diffusion length. In this work the increase in the efficiency with length has been simulated but the length could not be increased a lot to observe the decrease in efficiency due to limitation of simulation time.
Solar energy is becoming one of the primary sources of energy replacing fossil fuels due to its abundance. Its versatility, abundance and environmental friendly have made it one of the most promising renewable sources of energy. Solar cells convert this solar energy into Electrical Energy used to drive various appliances. The effort to improve the efficiency of these cells and the reduction of their costs has been a major concern for a long time. Modeling of various structures of solar cells provides an insight into the physics involved in its operation and better understanding of the ways to improve their efficiency. In this work a three dimensional Drift Diffusion Model has been developed and has been used to simulate Silicon Solar cells. This model involves the self consistent solution of the Poisson and Continuity Equations. A pn silicon solar cell has been simulated to test the working of the code. Later a p+-p-n+ and n+-p-p+ structure of various lengths has been simulated to understand the physics behind the operation of a realistic silicon solar cell. Recombination mechanisms which play a crucial role in the determination of the cell efficiency such as Radiative Recombination, SHR recombination, Auger Recombination have been included in the code. Light does not enter through all the regions of the device since the top metal contact has some reflectivity and thus prevents the light to enter the device called the Shadowing effect. Thus Shadowing effect tends to reduce the efficiency of the solar cell as the effective number of electron hole pairs generated within the device has been reduced and this is observed during simulation. The surface recombination effect has also iv been included for the surface of the window through which light enters the device and this also tends to reduce the efficiency. Finally the efficiency variation with the variation in the length of the device has been simulated. Theoretically the efficiency increases initially with the increase in the base length since the capture of higher wavelength photons or lower energy photons is possible thus increasing the efficiency but with increase after a certain length a decrease in the efficiency takes place due to the increase in the ratio of the length of the device to the diffusion length. In this work the increase in the efficiency with length has been simulated but the length could not be increased a lot to observe the decrease in efficiency due to limitation of simulation time.
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