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박막 실리콘 태양전지의 반사코팅 설계기술 연구
The Study on the Reflection Coating Design Scheme in the Thin-Film Silicon Solar Cell 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.11, 2011년, pp.5172 - 5177  

김창봉 (공주대학교 정보통신공학부 전파)

초록
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본 논문은 박막 실리콘 태양전지에 적용되는 반사방지 또는 고반사 코팅 기술에 관한 연구이다. 태양광 흡수율을 개선하기 위하여 박막 실리콘 태양전지의 앞면에는 반사를 줄이는 반사방지막 기술이 필요하며, 뒷면에는 반대로 반사를 높이는 고반사 기술이 필요하다. 반사방지막 기술에서 단층의 구조에서는 코팅의 두께에 따라 반사율이 틀려지고, 적절한 범위에서 두께를 제어하면 낮은 반사율을 얻을 수 있다. 대칭형태의 다층의 구조에서는 단층구조에 비해서 넓은 파장대에 걸쳐서 낮은 반사율을 얻을 수 있다. 또한 뒷면에 적용되는 고반사막 기술에서는 높은 굴절율을 갖는 매질과 낮은 굴절율을 갖는 매질을 대칭 구조로 구성하여 계산한 결과 높은 반사율을 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a reflection coating design scheme in the thin-film silicon solar cell. The antireflection(high reflection) coating skill is needed in the front(back) panel of the thin-film solar cell to improve an efficiency of light absorbing. In the single structure a reflectivity is changed ...

주제어

#Antireflection Coating   #Transfer Matrix   #Light Capturing   #Refractive Index  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 위의 여러 가지 방법 중 원자층증착법(Atomic Layer Deposition)[3]은 굴절률이 서로 다른 물질을 혼합하여 굴절률을 변화시키고 코팅 두께를 변화시켜서 비교적 정밀한 반사도를 제어 할 수 있는 기술이다. 따라서 본 논문에서는 원자증착법으로 성장시켜서 얻은 물질의 굴절률 및 두께 등의 데이터를 이용하여 태양전지의 앞면의 반사방지막과 뒷면의 고반사막(High Reflection(HR) Coating) 기술의 실현 타당성 및 향후 광포획기술의 실제의 적용 가능성에 대해서 조사하고자 한다.
  • 본 연구에서는 위의 주어진 데이터 값을 이용하여 (1) 코팅두께에 따른 반사율 (2) 다층구조를 갖는 코팅을 적용하여 반사율의 변화를 분석하고 그 결과를 이용하여 향후 태양전지의 효율을 늘리고자 한다.

가설 설정

  • 으로 주어진다. 이때 ns는 기판의 굴절률이고 입사되는 매질은 공기라고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
박막태양전지의 장점은? 태양전지는 태양광발전 시스템의 핵심 부품으로서 현재 생산되는 태양전지의 80% 이상은 단결정 및 다결정 실리콘을 기반으로 하는  Bulk 실리콘 태양전지가 차지하고 있다. Bulk 타입이 아닌 박막태양전지는 실리콘의 두께를 극한까지 얇게 하여 실리콘 소재의 양을 절감하면서 다양한 형태의 기판을 선택 할 수 있고, 자동화를 통해서 모듈공정까지 일관화 시킬 수 있는 장점으로 인하여 개발이 활발히 이루어지고 있고, 시장의 점유율도 매년 증가하고 있다. 박막 태양전지는 유리, 스테인레스 또는 플라스틱 같은 저가의 기판에 감광성 물질의 얇은 막을 수 마이크론 두께로 씌어서 만든다.
현재 생산되는 태양전지의 대부분을 차지하는 것은? 태양전지는 태양광발전 시스템의 핵심 부품으로서 현재 생산되는 태양전지의 80% 이상은 단결정 및 다결정 실리콘을 기반으로 하는  Bulk 실리콘 태양전지가 차지하고 있다. Bulk 타입이 아닌 박막태양전지는 실리콘의 두께를 극한까지 얇게 하여 실리콘 소재의 양을 절감하면서 다양한 형태의 기판을 선택 할 수 있고, 자동화를 통해서 모듈공정까지 일관화 시킬 수 있는 장점으로 인하여 개발이 활발히 이루어지고 있고, 시장의 점유율도 매년 증가하고 있다.
원자층증착법 기술이란 무엇이며, 적합한 코팅물질은 어떠한 것들이 있는가? 특히 코팅물질의 두께를 제어하는 여러 기술중 원자층증착법 기술은 정확한 코팅 두께의 제어, 코팅두께의 우수한 균일성, 높은 재현성 등의 장점을 갖는다. 이 기술은 굴절률이 서로 틀린 물질을 혼합하여 서로 다른 굴절률의 혼합물을 생성하고 또한 코팅의 두께를 제어하는 기술이다. 높은 유전율을 갖는 물질인 Al2O3, ZrO2, HfO2, Ta2O5, TiO2은 코팅물질로 적합하다. 그 중에서 Al2O3는 가장 적은 굴절률 값인 약 1.
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참고문헌 (7)

  1. Stephen J. Fonash, "Solar Cell Device Physics", pp.32-36, Elsevier, 2nd edition, 2010. 

  2. New Recycling Energy: R&D Plan 2030 Series 9, "Solar Cell", pp. 4, Books Hill, 2008. 7. 

  3. J. W. Lim, S. J. Yun, H. T. Kim, "Optical AlTiO Films Grown by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition", Japanese Journal of Applied Physics, vol. 47, pp. 6934-6937, Aug., 2008. 

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  4. J. W. Lim, S. H. Lee, J. K. Kim, S. J. Yun, "Antireflection Properties of $ Al_{2}O_{3} $ and $Al_{x}Ti_{1}-_{x}O_{y}$ Films on ZnO:Ga Coated Si Wafer for Thin-Film Solar Cell", Electrochemical and Solid-State Letters, vol. 13, G17, Aug., 2010. 

    상세보기 crossref

  5. Parag Doshi, Gerald E. Jelison, Jr., and Ajeet Rohatagi, "Characterization and Optimization of Absorbing Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposited Antireflection Coatings for Silicon Photovoltaics', Applied Optics, vol. 36, pp.7826-7890, July. 1997. 

    상세보기 crossref

  6. J. Ushida, M. Tokushima, M. Shirae, M. Yamada, , "Systematic Designod Antireflection Coating for Semi-infinite One-dimensional Photonic Crystals Using Bloch Wave Expansion", Applied Physics Letters, vol. 82, pp. 7-9, June, 2009. 

  7. Grant R. Fowler, "Introduction to Modern Optics", pp.96-101, Dover Publication, INC., 2nd edition 4, 1992. 

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