태양전지 모듈은 back sheet, 후면 충진재, 태양전지 cell, 전면 충진재, 전면 보호유리의 구성으로 되어 있다. Back sheet는 유리 또는 금속을 사용하는데 사용 재료에 따라 각각 유리봉입방식, 슈퍼스트레이트방식으로 구분된다. 태양전지를 보호하기 위한 충진재는 빛의 투과율 저하가 적은 poly vinyl butylo나 내습성이 뛰어난 ethylene vinyl acetate 등이 주로 이용된다. 유리봉입방식과 슈퍼스트레이트 방식의 공통점은 모듈 전면에 투과율과 내 충격 강도가 좋은 강화 유리를 사용하는 것이다. 하지만 현재 모듈의 전면 유리는 평탄한 표면 때문에 태양고도가 낮을 때 상대적으로 반사율이 높은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 표면 유리에 요철(anti-glare) 구조를 형성하면 평면(bare) 구조의 표면에서 반사되는 태양광이 일부 태양전지 내부로 재입사가 일어나게 되어 표면 반사율이 낮아지게 되고, 이로 인하여 태양전지의 효율이 증가하게 된다. 특히 이러한 효과는 태양고도가 낮아졌을 때 요철(anti-glare) 구조에 의한 반사율의 감소가 증가하기 때문에 평면 구조보다 요철(anti-glare) 구조의 태양전지 모듈의 효율이 향상될 것이다. 본 논문에서는 요철(anti-glare) 구조의 유리와 평면 구조의 유리에서 태양고도의 고도 변화에 따른 반사와 투과 특성을 확인하기 위하여 입사광의 각도에 대한 반사율과 투과율을 측정하여 비교 분석하였다. 그리고 태양전지 cell 위에 요철(anti-glare) 구조의 유리와 평명 구조의 유리를 각각 위치 시킨 후 태양전지 cell의 효율 변화를 확인하였다. 태양전지 cell의 표면 구조에 따라 요철 구조의 유리 기판의 특성을 비교하기 위하여 태양전지 cell의 표면을 이방성 식각 용액을 이용하여 역피라미드 구조의 텍스쳐링 태양전지 cell과 평면 구조의 태양전지 cell을 각각 사용하여 비교하였다.
태양전지 모듈은 back sheet, 후면 충진재, 태양전지 cell, 전면 충진재, 전면 보호유리의 구성으로 되어 있다. Back sheet는 유리 또는 금속을 사용하는데 사용 재료에 따라 각각 유리봉입방식, 슈퍼스트레이트방식으로 구분된다. 태양전지를 보호하기 위한 충진재는 빛의 투과율 저하가 적은 poly vinyl butylo나 내습성이 뛰어난 ethylene vinyl acetate 등이 주로 이용된다. 유리봉입방식과 슈퍼스트레이트 방식의 공통점은 모듈 전면에 투과율과 내 충격 강도가 좋은 강화 유리를 사용하는 것이다. 하지만 현재 모듈의 전면 유리는 평탄한 표면 때문에 태양고도가 낮을 때 상대적으로 반사율이 높은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 표면 유리에 요철(anti-glare) 구조를 형성하면 평면(bare) 구조의 표면에서 반사되는 태양광이 일부 태양전지 내부로 재입사가 일어나게 되어 표면 반사율이 낮아지게 되고, 이로 인하여 태양전지의 효율이 증가하게 된다. 특히 이러한 효과는 태양고도가 낮아졌을 때 요철(anti-glare) 구조에 의한 반사율의 감소가 증가하기 때문에 평면 구조보다 요철(anti-glare) 구조의 태양전지 모듈의 효율이 향상될 것이다. 본 논문에서는 요철(anti-glare) 구조의 유리와 평면 구조의 유리에서 태양고도의 고도 변화에 따른 반사와 투과 특성을 확인하기 위하여 입사광의 각도에 대한 반사율과 투과율을 측정하여 비교 분석하였다. 그리고 태양전지 cell 위에 요철(anti-glare) 구조의 유리와 평명 구조의 유리를 각각 위치 시킨 후 태양전지 cell의 효율 변화를 확인하였다. 태양전지 cell의 표면 구조에 따라 요철 구조의 유리 기판의 특성을 비교하기 위하여 태양전지 cell의 표면을 이방성 식각 용액을 이용하여 역피라미드 구조의 텍스쳐링 태양전지 cell과 평면 구조의 태양전지 cell을 각각 사용하여 비교하였다.
Currently, solar module is using the two methods such as a glass-filled method or a super-straight method. The common point of these methods is to use glass structure on the front of solar module. However, the reflectance of the solar module is high depending on the height of the incident sunlight d...
Currently, solar module is using the two methods such as a glass-filled method or a super-straight method. The common point of these methods is to use glass structure on the front of solar module. However, the reflectance of the solar module is high depending on the height of the incident sunlight due to the flat surface of the module front glass. Purposed to solve these problems, AG (anti-glare) structures were formed on the glass surface. Next is fabrication methods of AG structure. First, uneven structure made by micro blaster equipment was dipped in Hydro-fluidic acid (HF) acid. HF acid process was carried out to remove particles and to make high transmittance. The reflectance and transmittance of the anti-glare glass was compared to those of the bare glass. The reflectance of anti-glare glass decreased approximately 1% compared with bare glass. The transmittance of anti-glare glass was similar to bare glass. According to the sample angle, the difference of the reflectance between bare glass and the anti-glare glass was about 19%. Isc and efficiency value of anti-glare glass on bare solar cell appeared about 3.01 mA and 0.228% difference compared with bare glass. Anti-glare glass on textured solar cell appeared about 9.46 mA and 0.741% difference compared with bare glass. As a result, the role of anti-glare in the substrate is to reduces the loss of sunlight reflected from the surface. In this study, therefore, AG structure on the solar cell was used to improve the efficiency of solar cell.
Currently, solar module is using the two methods such as a glass-filled method or a super-straight method. The common point of these methods is to use glass structure on the front of solar module. However, the reflectance of the solar module is high depending on the height of the incident sunlight due to the flat surface of the module front glass. Purposed to solve these problems, AG (anti-glare) structures were formed on the glass surface. Next is fabrication methods of AG structure. First, uneven structure made by micro blaster equipment was dipped in Hydro-fluidic acid (HF) acid. HF acid process was carried out to remove particles and to make high transmittance. The reflectance and transmittance of the anti-glare glass was compared to those of the bare glass. The reflectance of anti-glare glass decreased approximately 1% compared with bare glass. The transmittance of anti-glare glass was similar to bare glass. According to the sample angle, the difference of the reflectance between bare glass and the anti-glare glass was about 19%. Isc and efficiency value of anti-glare glass on bare solar cell appeared about 3.01 mA and 0.228% difference compared with bare glass. Anti-glare glass on textured solar cell appeared about 9.46 mA and 0.741% difference compared with bare glass. As a result, the role of anti-glare in the substrate is to reduces the loss of sunlight reflected from the surface. In this study, therefore, AG structure on the solar cell was used to improve the efficiency of solar cell.
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문제 정의
5 μm 식각되어진다 [6]. HF 용액을 사용한 이유는 particle를 제거하고 투과율을 향상시키기 위한 목적으로 사용되었다. 식각 공정은 3분, 4분, 4분 30초, 5분의 조건으로 제작하였다.
반사율과 투과율을 구하기 위하여 경계조건을 사용하도록 하자. 경계면에서 평행한 전장과 자장 성분이 연속된다는 것이 바로 경계조건이다.
7은 평면 유리와 요철 유리의 반사율을 wavelength (300-800 nm)에 대해서 그래프로 나타낸 것이다. 본 연구에서 반사율과 투과율을 실리콘 태양전지가 흡수하는 태양광의 파장 영역(300-1,100 nm) 중에서 가장 높은 에너지를 가지는 가시광 영역(300-800 nm)에 대하여 측정하였다.
본 연구에서는 micro blaster를 이용하여 태양전지 cell 상부에 요철 유리 기판을 형성하여 태양전지 모듈의 효율을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 유리 기판에 micro blaster를 이용하여 1차 요철 구조를 형성시켜 표면에 형성된 particle을 제거하고, 2차 HF 공정을 수행하였다.
그 이유는 요철 구조에 의해 표면 유리 기판에서 2회 이상의 재반사가 일어나 태양 고도에 따른 표면 반사율이 감소되기 때문이다 [3]. 본 연구에서는 요철 구조를 가지는 표면 유리 기판과 태양전지 cell을 접합하여 평면 구조 표면 유리 기판과 태양전지 cell을 접합한 일반적인 태양전지 모듈 구조와 표면 반사율과 투과율, 태양전지 효율을 비교하였다. 태양전지는 텍스쳐링 유무에 따라 요철 구조에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위하여 평면 태양전지와 역피라미드 태양전지 구조로 제작하였다.
식각 공정은 3분, 4분, 4분 30초, 5분의 조건으로 제작하였다. 식각 시간을 다르게 한 이유는 요철 구조에 따른 반사율 결과가 HF 용액 식각 시간에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해서 변화를 주었다. Fig.
가설 설정
또한 평면 태양전지와 역피라미드 텍스쳐링 한 태양전지 상부에 요철 구조를 두고 효율 차이를 보면 텍스쳐링한 태양전지가 높은 효율차이를 보이는데, 그 이유는 텍스쳐링 한 태양전지가 평면 태양전지보다 반사율이 낮기 때문이다. 그래서 태양전지 상부에 요철 구조를 형성할 때 텍스쳐링한 태양전지를 쓰면 더 효과적일 것이다. 그렇기 때문에 앞으로 텍스쳐링한 태양전지 모듈 전면에 요철 구조를 형성하면 각도에 따라서 최대 반사율이 2회 일어나므로 반사율은 더욱 더 줄어들 것이고 상대적으로 높은 효율을 얻을 수 있을 것이다.
제안 방법
그 후 ultrasonic 장비로 아세톤과 메탄올을 이용하여 cleaning을 한 다음, 두께 50 μm인 KORON DFR (Dry film resist 모델명 : Accumage KS-8750)를 이용하여 backside를 보호하였다.
노즐이동속도를 변화시킨 이유는 표면에 충돌하는 파우더 수에 따라 표면의 상태가 투과율에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해서 조건을 변화시켰고, 분사압력을 변화시킨 이유는 분사되는 방향으로 힘이 크게 작용하기 때문에 요철 구조의 형태에 따른 반사율 결과를 확인하기 위해서 조건을 변화시켰다.
4는 요철 유리 구조 공정 순서도이다. 먼저 평면 유리에 micro blaster를 이용하여 요철 구조를 제작하였다. 그 후 ultrasonic 장비로 아세톤과 메탄올을 이용하여 cleaning을 한 다음, 두께 50 μm인 KORON DFR (Dry film resist 모델명 : Accumage KS-8750)를 이용하여 backside를 보호하였다.
HF 용액을 사용한 이유는 particle를 제거하고 투과율을 향상시키기 위한 목적으로 사용되었다. 식각 공정은 3분, 4분, 4분 30초, 5분의 조건으로 제작하였다. 식각 시간을 다르게 한 이유는 요철 구조에 따른 반사율 결과가 HF 용액 식각 시간에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해서 변화를 주었다.
요철 유리 제작을 위한 공정 조건은 Table 1에서 나타내었다. 요철 유리 구조를 제작하기 위해서 micro blaster(모델명 : MB-1000, 제조사 : COMCO사) 장비를 이용하여 요철 구조를 형성하고, particle을 제거하기 위해서 HF 용액에 식각을 했다. 이 때 쓰인 유리 기판은(모델명 : 10004 12 Soda-lime glass (76 mm × 26 mm × 1 mm), 제조사 : MARIENFELD사)를 사용하였다.
본 연구에서는 micro blaster를 이용하여 태양전지 cell 상부에 요철 유리 기판을 형성하여 태양전지 모듈의 효율을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 유리 기판에 micro blaster를 이용하여 1차 요철 구조를 형성시켜 표면에 형성된 particle을 제거하고, 2차 HF 공정을 수행하였다. 요철 구조 유리의 반사율은 10%, 평면 구조 유리는 11%, 그리고 투과율은 약 89% 임을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 요철 구조를 가지는 표면 유리 기판과 태양전지 cell을 접합하여 평면 구조 표면 유리 기판과 태양전지 cell을 접합한 일반적인 태양전지 모듈 구조와 표면 반사율과 투과율, 태양전지 효율을 비교하였다. 태양전지는 텍스쳐링 유무에 따라 요철 구조에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위하여 평면 태양전지와 역피라미드 태양전지 구조로 제작하였다.
대상 데이터
이 때 쓰인 유리 기판은(모델명 : 10004 12 Soda-lime glass (76 mm × 26 mm × 1 mm), 제조사 : MARIENFELD사)를 사용하였다.
성능/효과
(a)의 Isc를 보면 90°에서의 두 구조 차이는 약 0.86 mA, 40°에서는 약 3.87 mA이므로 약 3.01 mA의 차이를 보였으며, 이 때 효율은 약 0.009%에서 약 0.237%로 약 0.228%의 차이를 보였다.
역피라미드 태양전지의 Isc가 증가한 이유는 텍스쳐링에 의한 역피라미드 형성으로 인하여 평면 태양전지의 평균 반사율보다 역피라미드 태양전지의 반사율이 약 6%가 감소하였으며, 역피라미드 구조는 구조 내에 광이 많이 흡수할 수 있기 때문에 Isc에서 증가함을 보였다. 그리고 FF (Fill Factor) 값도 31.15%에서 57%로 증가하여 효율에서 약 5.8%의 증가된 값을 얻을 수 있었다. 직렬저항에 영향을 받는 FF 값의 증가는 역피라미드 내 전극 자체의 두께 증가로 인한 저항이 감소하였기 때문에 FF 값이 증가함을 보였다.
741%의 차이를 보였다. 모든 Isc 결과 데이터를 분석해 보면 유리 표면에 요철 구조의 형성으로 인해 빛의 반사율이 감소했기 때문에 효율이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 직렬저항은 각도에 따라 요철 구조가 평면 구조보다 낮게 나왔는데, 이 때 직렬저항에 영향을 받는 FF 값의 증가로 인해 직렬저항은 감소하였다.
입사각도가 낮아짐에 따라 요철 유리와 평면 유리의 반사율 비교한 결과 약 19% 차이가 보였다. 모든 Isc 결과 데이터를 분석해 봤을 때 유리는 요철 구조의 형성으로 인해 빛의 반사율이 감소하였기 때문에 평면 구조와 비교했을 때 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 직렬저항은 각도에 따라 요철 구조가 평면 구조보다 낮게 측정되었다.
이 때 직렬저항에 영향을 받는 FF 값의 증가로 인해 직렬저항은 감소하였다. 본 논문에서는 요철 유리의 기판을 형성하여 태양전지 상부에 두고 각도가 낮아짐에 따라서 평면 구조보다 요철 구조로 제작된 기판이 태양전지 모듈의 효율이 향상됨을 보였다. 또한 평면 태양전지와 역피라미드 텍스쳐링 한 태양전지 상부에 요철 구조를 두고 효율 차이를 보면 텍스쳐링한 태양전지가 높은 효율차이를 보이는데, 그 이유는 텍스쳐링 한 태양전지가 평면 태양전지보다 반사율이 낮기 때문이다.
본 연구에서 제작된 태양전지는 전극 형성 공정의 안정화가 이루어 지지 않아 낮은 Rsh와 높은 Rs 값이 형성되어 일반적인 태양전지 보다 낮은 FF와 낮은 Voc 가 형성되었지만 평면태양전지와 역피라미드 구조의 태양전지를 동일한 공정 조건에서 수행하여 두 종류의 태양전지에서 비슷하게 감소된 Rs와 증가된 Rsh 값이 나왔기 때문에 두 태양전지를 비교하여 설명할 수 있었다.
14 mA로 증가하였다. 역피라미드 태양전지의 Isc가 증가한 이유는 텍스쳐링에 의한 역피라미드 형성으로 인하여 평면 태양전지의 평균 반사율보다 역피라미드 태양전지의 반사율이 약 6%가 감소하였으며, 역피라미드 구조는 구조 내에 광이 많이 흡수할 수 있기 때문에 Isc에서 증가함을 보였다. 그리고 FF (Fill Factor) 값도 31.
유리 기판에 micro blaster를 이용하여 1차 요철 구조를 형성시켜 표면에 형성된 particle을 제거하고, 2차 HF 공정을 수행하였다. 요철 구조 유리의 반사율은 10%, 평면 구조 유리는 11%, 그리고 투과율은 약 89% 임을 확인할 수 있었다. 입사각도가 낮아짐에 따라 요철 유리와 평면 유리의 반사율 비교한 결과 약 19% 차이가 보였다.
요철 구조 유리의 반사율은 10%, 평면 구조 유리는 11%, 그리고 투과율은 약 89% 임을 확인할 수 있었다. 입사각도가 낮아짐에 따라 요철 유리와 평면 유리의 반사율 비교한 결과 약 19% 차이가 보였다. 모든 Isc 결과 데이터를 분석해 봤을 때 유리는 요철 구조의 형성으로 인해 빛의 반사율이 감소하였기 때문에 평면 구조와 비교했을 때 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
8%의 증가된 값을 얻을 수 있었다. 직렬저항에 영향을 받는 FF 값의 증가는 역피라미드 내 전극 자체의 두께 증가로 인한 저항이 감소하였기 때문에 FF 값이 증가함을 보였다.
Table 4는 wavelength (300-800 nm)에 대해서 평면 Si wafer와 역피라미드 텍스쳐링된 Si wafer 그리고 각각을 Si3N4 750 Å 반사방지막을 형성하고 난 후에 측정한 평균 반사율표이다. 평면 Si wafer의 반사율은 약 37.98%, 역피라미드 텍스쳐링 Si wafer의 반사율은 약 28.28%의 결과를 보였고, 반사방지막 형성한 후 평면 Si wafer인 경우 약 16.61%, 역피라미드 텍스쳐링 Si wafer는 약 10.82%까지 반사율이 감소하는 걸 볼 수가 있다.
후속연구
그래서 태양전지 상부에 요철 구조를 형성할 때 텍스쳐링한 태양전지를 쓰면 더 효과적일 것이다. 그렇기 때문에 앞으로 텍스쳐링한 태양전지 모듈 전면에 요철 구조를 형성하면 각도에 따라서 최대 반사율이 2회 일어나므로 반사율은 더욱 더 줄어들 것이고 상대적으로 높은 효율을 얻을 수 있을 것이다.
하지만 표면 유리 기판은 빛이 태양고도에 따라 입사될 때 평탄한 표면 때문에 태양고도가 낮아질 때는 상대적으로 반사율이 높다는 단점을 가지고 있다 [2]. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 표면 유리에 요철 구조를 형성하여 평면 구조의 표면에서 반사되는 태양광을 일부 태양전지 내부로 재입사시키면, 태양고도가 낮아졌을 때 평면 구조보다 요철 구조의 태양전지 모듈의 효율이 향상될 것이다. 그 이유는 요철 구조에 의해 표면 유리 기판에서 2회 이상의 재반사가 일어나 태양 고도에 따른 표면 반사율이 감소되기 때문이다 [3].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양전지 모듈의 구성은?
태양전지 모듈은 back sheet, 후면 충진재, 태양전지 cell, 전면 충진재, 전면 보호유리의 구성으로 되어 있다. Back sheet는 유리 또는 금속을 사용하는데 사용 재료에 따라 각각 유리봉입방식, 슈퍼스트레이트방식으로 구분된다.
Back sheet를 사용 재료(유리 또는 금속)에 따라 어떻게 구분할 수 있는가?
태양전지 모듈은 back sheet, 후면 충진재, 태양전지 cell, 전면 충진재, 전면 보호유리의 구성으로 되어 있다. Back sheet는 유리 또는 금속을 사용하는데 사용 재료에 따라 각각 유리봉입방식, 슈퍼스트레이트방식으로 구분된다. 태양전지를 보호하기 위한 충진재는 빛의 투과율 저하가 적은 poly vinyl butylo나 내습성이 뛰어난 ethylene vinyl acetate 등이 주로 이용된다.
현재 유리봉입방식과 슈퍼스트레이트 방식에서 사용하는 모듈의 전면 유리의 단점은?
유리봉입방식과 슈퍼스트레이트 방식의 공통점은 모듈 전면에 투과율과 내 충격 강도가 좋은 강화 유리를 사용하는 것이다. 하지만 현재 모듈의 전면 유리는 평탄한 표면 때문에 태양고도가 낮을 때 상대적으로 반사율이 높은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 표면 유리에 요철(anti-glare) 구조를 형성하면 평면(bare) 구조의 표면에서 반사되는 태양광이 일부 태양전지 내부로 재입사가 일어나게 되어 표면 반사율이 낮아지게 되고, 이로 인하여 태양전지의 효율이 증가하게 된다.
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