선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 BIPV 적용을 위한 RIE와 Wet texturing을 한 다결정 실리콘 태양전지 모듈을 제작하였다. 또한 제작한 모듈을 양자효율 및 반사율, 기본형에 대한 입사각에 대한 양자효율을 측정 분석하였고, 제작한 모듈과 제작하기 전인 셀 단계에서의 전류-전압특성을 측정 분석하였다.
제안 방법
- Texturing 공정 후 p-n junction formation 공정을 거친 다음 PSG를 제거 하였다. PSG를 제거한 후 Edge isolation 공정을 진행하고, ARC 공정 및 표면 Passivation을 진행하였다. 그다음 공정으로 전극을 형성하는데 후면을 형성한 다음 건조를 시키고, 다시 전면을 형성한 후 건조를 시킨다.
- 먼저 Cell selection 공정에서 불량 셀을 검출하고, Soldering 공정을 통해 ribbon을 부착하였다. 그 이후 Lamination 공정을 진행하기 위해 ribbon에 맞추어서 셀을 정렬하였고, 육안으로 이물질 및 셀 상태를 확인하는 Lay up 공정을 진행하였다. 마지막으로 진공상태에서 기판에 온도를 가하여 Laminating 공정을 진행하였다.
- 측정 방법은 먼저 Chiller를 이용하여 측정 시간동안 태양전지의 온도를 25℃로 유지시킨다. 그 이후 기준태양전지를 이용하여 Solar simulator의 조사강도인 100 mA/cm2으로 조정한 후 사용한 기준태양전지를 제거하고, 측정대상인 태양전지를 거치한 후, 전류-전압측정기로 태양전지의 전류-전압곡선을 측정하였다.
- 광원이 조사된 태양전지는 전류를 생성하고, 생성된 전류는 Transformer를 거쳐 DC noise을 제거하였다. 그리고 Lock-in amplifier를 통해 Spectral response를 측정하여 이를 외부양자효율로 변환하였다. 이후 외부양자효율을 전류밀도(mA/cm2)로 환산하였다.
- 전면 충진재를 변경하여 태양전지의 전류-전압특성을 셀단계와 모듈단계로 나누어서 측정 및 분석하였다. 그리고 모듈 제작에 의한 CTM loss의 원인을 파악하기 위해 파장에 따른 양자효율을 측정하였다. 또한 SEM image로 Wet texturing 및 RIE texturing 공정을 진행한 태양전지 셀의 표면형상을 확인하였고, BIPV 적용시 태양전지 입사면이 고정되므로 입사각에 따른 EQE를 측정하여 분석하였다.
- 양자효율 측정온도는 STC 인 25℃에서 측정하였다. 그리고 입사각의 따른 양자효율을 측정하기 위해 태양전지 수직축(Z축)과 입사광의 각도로 10도 간격별 회전하는 Rotary probe station을 제작하였다. 또한 양자효율 측정 장치에 장착되어 있는 적분구를 이용하여 반사율도 측정하였다.
- 이 장치에서 광원은 2개로 단파장영역에서는 Xe lamp를 사용하였으며, 장파장영역에서는 Halogen lamp를 사용하였다. 또한 Optical chopper를 이용하여 입사된 DC 광원을 AC 광원으로 변환하고, 분광기(Monochromator)을 이용하여 AC 광원을 10 nm 이하의 파장간격으로 단색화하여 태양전지에 조사하였다. 광원이 조사된 태양전지는 전류를 생성하고, 생성된 전류는 Transformer를 거쳐 DC noise을 제거하였다.
- 그리고 모듈 제작에 의한 CTM loss의 원인을 파악하기 위해 파장에 따른 양자효율을 측정하였다. 또한 SEM image로 Wet texturing 및 RIE texturing 공정을 진행한 태양전지 셀의 표면형상을 확인하였고, BIPV 적용시 태양전지 입사면이 고정되므로 입사각에 따른 EQE를 측정하여 분석하였다.
- 그리고 입사각의 따른 양자효율을 측정하기 위해 태양전지 수직축(Z축)과 입사광의 각도로 10도 간격별 회전하는 Rotary probe station을 제작하였다. 또한 양자효율 측정 장치에 장착되어 있는 적분구를 이용하여 반사율도 측정하였다.
- 본 연구에서는 BIPV 적용을 위한 RIE와 Wet texturing을 한 다결정 실리콘 태양전지 모듈을 제작하였다. 또한 제작한 모듈을 양자효율 및 반사율, 기본형에 대한 입사각에 대한 양자효율을 측정 분석하였고, 제작한 모듈과 제작하기 전인 셀 단계에서의 전류-전압특성을 측정 분석하였다.
- 그 이후 Lamination 공정을 진행하기 위해 ribbon에 맞추어서 셀을 정렬하였고, 육안으로 이물질 및 셀 상태를 확인하는 Lay up 공정을 진행하였다. 마지막으로 진공상태에서 기판에 온도를 가하여 Laminating 공정을 진행하였다.
- 1은 태양전지 제작공정 순서를 보여준다. 먼저 p-type 다결정 실리콘 기판의 세정 및 SDR을 진행하였다, 그 후 Texturing 공정을 진행하는데 본 연구에서는 Wet texturing 및 RIE texturing 2가지의 공정방법으로 진행하였다. Texturing 공정 후 p-n junction formation 공정을 거친 다음 PSG를 제거 하였다.
- 모듈 제작공정은 여러 단계가 있지만 본 실험에서는 6 inch cell 한 장을 가지고 단위모듈을 제작하는 공정이라 4단계로만 진행하였다. 먼저 Cell selection 공정에서 불량 셀을 검출하고, Soldering 공정을 통해 ribbon을 부착하였다.
- 본 연구에서는 Wet texturing 및 RIE texturing에 의한다결정 실리콘 태양전지를 모듈로 제작하였다. 전면 충진재를 변경하여 태양전지의 전류-전압특성을 셀단계와 모듈단계로 나누어서 측정 및 분석하였다.
- 본 연구에서는 Wet texturing 및 RIE texturing에 의한다결정 실리콘 태양전지를 모듈로 제작하였다. 전면 충진재를 변경하여 태양전지의 전류-전압특성을 셀단계와 모듈단계로 나누어서 측정 및 분석하였다. 그리고 모듈 제작에 의한 CTM loss의 원인을 파악하기 위해 파장에 따른 양자효율을 측정하였다.
- 2는 Solar simulator 측정의 기본구조을 나타낸 것이다. 측정 방법은 먼저 Chiller를 이용하여 측정 시간동안 태양전지의 온도를 25℃로 유지시킨다. 그 이후 기준태양전지를 이용하여 Solar simulator의 조사강도인 100 mA/cm2으로 조정한 후 사용한 기준태양전지를 제거하고, 측정대상인 태양전지를 거치한 후, 전류-전압측정기로 태양전지의 전류-전압곡선을 측정하였다.
대상 데이터
- 이중 플라즈마를 이용하는 방법인 RIE texturing의 경우 빠른 공정시간과 비등방성 식각으로 표면 텍스쳐 모양을 보다 효과적으로 제어 할 수 있으며, 공정이 간단한 장점이 있다. 1996년도에 17.1% 고효율 다결정 실리콘 태양전지가 일본 Kyocera 사에서 RIE texturing 공정으로 제작되었다.(3)
- Table 1은 3가지 실험조건으로 RIE texturing 및 Wet texturing을 진행한 다결정 실리콘 태양전지 모듈에 전면 충진재를 변화시키면서 제작한 모듈을 나타낸다. 3가지 실험 조건은 전면 충진재를 사용하지 않은 모듈과 전면 충진재를 EVA sheet로 사용한 모듈 그리고 PVB sheet로 사용한 모듈로 제작되었다. 전면 충진재는 처음에는 실리콘수지로 사용되었으나 기포방지와 셀의 균일성을 유지하는데 시간이 많이 소요된다.
- BIPV용 태양전지 모듈은 전면보호유리, 전면 충진재, 태양전지, 후면 충진재, Back sheet로 구성되어있다. 전면보호유리는 광투과성을 좋게 하기 위해 철분 함량을 0.02% 이하로 낮춘 저철분 강화유리를 사용한다. 또한 충진재는 태양전지의 충격 및 습기 침투 등 외부 환경으로 태양전지를 보호하여 수명을 25년이상 유지되도록 하는 소재이고, Back sheet는 외부 환경중 수분의 침투를 적극적으로 막아주고, 일반적으로 적용되고 있는 충진재인 EVA sheet는 색변이 현상을 일으키는 UV 파장의 빛을 막아주는 역할로써 셀의 효율 감소를 방지한다.
성능/효과
- CTM loss의 경우 RIE texturing을 한 다결정 실리콘 태양전지가 Wet texturing을 한 다결정 실리콘 태양전지보다 평균적으로 높았다. 이는 RIE texturing을 한 태양전지의 셀 단계에서는 단파장영역의 반사율이 크게 줄어 태양전지 내부의 단파장영역의 흡수율은 증가한다.
- 따라서 단락전류에 의한 CTM loss와 입사각의 따른 단락전류밀도 측면에서 Wet texturing 공정이 유리하다. RIE texturing 공정이 셀단계에서는 단락전류 및 효율은 높지만 모듈 공정 후 그 차이는 감소하는 것을 확인하였다.
- RIE texturing된 태양전지 모듈의 평균단락전류와 평균변환 효율은 각각 8.41 A, 15.31%이고, Wet texturing된 태양전지모듈의 평균단락전류와 평균변환효율은 각각 8.35 A, 14.94%이다.
- RIE texturing된 태양전지 셀의 평균효율은 17.01% 이고, Wet texturing된 태양전지 셀들의 평균효율은 16.33% 이다. 이는 RIE texturing된 태양전지 셀의 평균효율이 Wet texturing된 태양전지 셀보다 0.
- 결론적으로 RIE texturing된 태양전지 모듈에 대한 단락전류의 평균은 Wet texturing된 태양전지 모듈에 대한 단락전류의 평균보다 0.06 A만큼 큰 것을 확인하였다. 이는 셀보다 모듈에서 차이가 약 5.
- 56 A이다. 결론적으로 반사율이 낮은 RIE texturing으로 진행된 태양전지 셀들이 Wet texturing으로 진행한 태양전지 셀들보다 0.34 A만큼 단락전류가 크다.
- 36% 감소하였다. 그리고 Wet texturing된 태양전지의 입사각별 단락전류 밀도는 0도 대비 70도에서 9.53% 감소하였고, RIE texturing된 태양전지에서는 14.47% 감소하였다. 이는 태양전지가 BIPV 적용 시 각도에 따른 감소폭이 적은 Wet texturing된 다결정 실리콘 태양전지가 유리함을 알 수 있다.
- 그리고 800~1,100 nm인 세번째 영역은 반대로 PVB sheet를 사용한 모듈에서 낮게 나타나는데 이는 PVB sheet가 EVA sheet 와 달리 빛을 흡수하는 것으로 유추할 수 있다. 그리고 전면충 진재를 사용하지 않은 모듈에서는 높은 반사율로 인하여 전반적으로 외부양자효율이 낮게 측정됨을 확인 할 수 있었다.
- 첫번째 360~420 nm 영역은 PVB sheet가 광을 흡수하여 태양전지에서 입사된 광에 의한 전자가 생성되지 않아서, 양자효율은 매우 낮다. 두번째는 420~700 nm 영역으로 PVB sheet를 사용한 모듈에서 양자효율 측정값이 높게 나타났다. 그리고 800~1,100 nm인 세번째 영역은 반대로 PVB sheet를 사용한 모듈에서 낮게 나타나는데 이는 PVB sheet가 EVA sheet 와 달리 빛을 흡수하는 것으로 유추할 수 있다.
- 또한 Wet texturing된 태양전지의 단락전류밀도는 태양전지표면과 광의 입사각이 수직인 0도 대비 전체 입사각에 대한 단락전류의 평균값은 4.32% 감소하였고, RIE texturing 된 태양전지에서는 4.36% 감소하였다. 그리고 Wet texturing된 태양전지의 입사각별 단락전류 밀도는 0도 대비 70도에서 9.
- 양자효율의 경우에는 Wet texturing된 태양전지에서는 EVA sheet를 전면충진재로 사용한 모듈이 35.74 mA/cm2으로 가장 높았으며, RIE texturing된 태양전지에서는 PVB sheet를 사용한 모듈이 36.19 mA/cm2으로 가장 높았다. 두 시트의 차이는 세 영역으로 나누어 설명할 수 있다.
- 이로써 셀에서 모듈로 제작하였을 때 RIE texturing된 태양전지가 Wet texturing된 태양전지보다 –1.61%만큼 감소폭이 큰 것을 확인하였다.
- 이는 RIE texturing을 한 태양전지의 증가되어진 효율을 다시 감소시킨다. 하지만 셀 단계에서의 효율이 RIE texturing을 한 태양전지가 Wet texturing을 한 태양전지보다 효율이 크게 높아 CTM loss의 차이에도 모듈제작 후 RIE texturing을 한 태양전지가 효율은 여전히 높다.
후속연구
- 향후 셀 단계에서 Wet texturing 대비 RIE texturing 공정이 전반적으로 단락전류와 효율이 높은 장점을 모듈단게에서도 유지해야한다. 즉 RIE texturing을 한 태양전지의 CTM loss및 입사각의 대한 전류밀도 감소폭을 줄이는 연구로써 전면 충진재의 재료를 개발하거나, 기존의 상용화되지 않는 재료로 연구를 진행할 예정이다.
- 향후 셀 단계에서 Wet texturing 대비 RIE texturing 공정이 전반적으로 단락전류와 효율이 높은 장점을 모듈단게에서도 유지해야한다. 즉 RIE texturing을 한 태양전지의 CTM loss및 입사각의 대한 전류밀도 감소폭을 줄이는 연구로써 전면 충진재의 재료를 개발하거나, 기존의 상용화되지 않는 재료로 연구를 진행할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.