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전세계적으로 CO2 배출 규제와 고효율 에너지 정책이 중요한 이슈로 부각되었고 한국 역시 2030년 까지 CO2 배출을 business as usual 기준 37 % 감축하기로 2015년 6월 30일 확정하면서 제로에너지빌딩(Zero energy building)에 대해 관심이 높아지고 있다. 제로에너지빌딩에 적용 가능한 다양한 시스템 중에서 본 연구자는 건물의 창문에 적용되는 solar window 중에서 완전 투광형 ...

전세계적으로 CO2 배출 규제와 고효율 에너지 정책이 중요한 이슈로 부각되었고 한국 역시 2030년 까지 CO2 배출을 business as usual 기준 37 % 감축하기로 2015년 6월 30일 확정하면서 제로에너지빌딩(Zero energy building)에 대해 관심이 높아지고 있다. 제로에너지빌딩에 적용 가능한 다양한 시스템 중에서 본 연구자는 건물의 창문에 적용되는 solar window 중에서 완전 투광형 태양전지에 대해 관심을 가지고 연구를 하였다. 그 동안 투명태양전지로써 염로감응 태양전지가 많이 연구 되어왔지만 소자의 안정성과 대면적 적용의 어려움으로 비정질 실리콘 태양전지가 대체 태양전지로써 각광을 받고 있다. 수소화된 비정질 실리콘 태양전지는 완전 투광형구조로 제작이 가능하고, 투과도와 효율을 동시에 향상 시킬 수 있으며, 다양한 칼라구현의 가능성이 있어 building integrated photovoltaic systems 에 적합한 태양전지이다. 본 학위 논문에서는 다양한 기능성 박막을 태양전지에 적용하여 투과도는 유지하되 효율을 향상시키고 또한 소자의 전면부와 후면부에서 효율의 저하 없이 다양한 색을 구현시켰다. 첫 번째로 큰 밴드갭을 가지는 완충층을 태양전지의 p/i, n/i 계면에 삽입하여 불포화 결함의 분포에 변화를 주고 내부 전기장을 강화하여 완충층을 삽입하지 않은 소자의 개방전압과 효율대비 큰 폭으로 향상시켰다. 이 때 가시광 영역에서 평균 투과도는 완충층을 적용하지 않은 셀이 18%, 완충층을 적용한 셀이 22% 로 측정되었다. (p/i 완충층 결과) 두 번째로 후면부의 투명전극 다음에 선택적 투과막인 Al2O3 박막을 다양한 두께로 적용시켜 효율의 저하 없이 가시광 영역 평균 투과도를 증가시켰다. 또한 광 간섭을 이용하여 소자의 후면부에서 선택적 투과막의 두께에 따라 다양한 색이 구현됨을 확인하였다. 마지막으로 다양한 기판과 저온공정에서 소자를 적용시키기 위해 매우 얇은 금속 박막이 산화막 사이에 삽입되는 투명 전극 (OMO)에 대한 연구를 진행하고 태양전지에 적용하였다. 소자의 안정성을 위해 전면부 산화막 (기판 쪽)의 식각공정을 진행하여 금속 박막의 부착력을 개선하였고, 실리콘 박막과의 반사 손실을 줄이기 위해 후면부 산화막의 두께를 다양화하여 최적화된 두께를 찾았다. 결과적으로 OMO를 사용한 태양전지가 비슷한 두께의 ZnO:Ga (200nm) 박막을 전면부 투명전극으로 사용한 태양전지보다 증가된 개방전압과 fill factor그리고 효율을 얻었다. 또한 태양전지의 전면부에서 산화막의 두께에 따라 다양한 색이 관찰되었다. 본 학위논문은 향후 제로에너지빌딩에서의 solar window로 완전 투광형 비정질 실리콘의 태양전지를 구현 하는데 그 목적이 있다. 논문에서 제시한 다양한 기능성층의 효과들이 앞으로 BIPV에 태양전지를 적용하는데 큰 밑거름이 될 것이라 기대한다.

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