[논문]양면형 태양전지 기술 개발 동향 -효율향상, 성능측정 및 응용기술

강준구; 김준태

양면형 태양전지 기술 개발 동향 -효율향상, 성능측정 및 응용기술 원문보기

태양광발전학회 = Bulletin of the Korea Photovoltaic Society, v.1 no.2, 2015년, pp.57 - 64

초록
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본고에서는 실리콘 기판을 기반으로 하는 태양전지의 효율을 높이기 위해 태양전지 전면뿐만 아니라 후면에도 전극을 배치하여 광흡수를 극대화한 양면형 태양전지의 연구 개발, 성능 측정 및 응용 기술 등에 대한 동향을 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본고에서는 중, 모듈 전면뿐만 아니라 후면에도 전극을 배치하여 광흡수를 극대화한 양면형 태양전지에 대한 연구 개발, 성능 측 정 및 모듈 응용 연구개발에 대한 동향을 소개하고자 한다.
본고에서는 양면형 태양전지 기술에 대하여 효율향상, 성능측정 그리고 응용분야에 대한 여러 이슈 등을 살펴보았다. 현재 태양광 시장은 일시적인 정체기를 지나 태양광산업에 우호적인 분위기가 이어지고 있다.

제안 방법

실험체는 615mm × 315mm × 60mm 크기의 Atype과 615mm × 365mm × 60mm 크기의 B type 시작품을 브라질의 Porto Alegre 지역(위도 30°)에 경사각 48°로 남향과 동서향 조건으로 설치하였다. 시작품 유형은 가장자리부 알루미늄 프레임과 셀의 간격을 다르게 제작하였으며, 이를 통해 셀 간격에 따른 후면 모듈의 일사획득량을 분석하였다. 실험결과 A type의 경우 후면모듈획득일사량은 전면 일사량 대비 27%, B type의 경우 32% 획득하는 것으로 보고되었다.
그러나 이러한 구조는 양면형 모듈의 온도를 85℃까지 상승시키는 문제점이 나타났다. 이후 1997년 온도상승 문제를 피하기 위해 상부에 장착된 프리넬 렌즈를 제거한 형태의 2 배율의 저집광 시스템을 제안하였다.
Bruk와 Simashkevich는^[10] p+nn+ 구조의 양면형 태양전지를 제안하였다. 제안된 양면형 태양전지는 n형 웨이퍼를 사용하였으며 전면은 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide)막을 증착하고 후면 전계 영역은 인 확산을 통해 만들어졌다. 제안된 양면형 태양전지는 전면과 후면에서 각각 15.

대상 데이터

실험모델은 그림 3과 같이 5〃 단결정 양면형 실리콘 태양전지 4개를 2×2 배열로 배치하여 투과면적 비율 31%가 되도록 제작하였다.
실험은 남향 30° 경사면에 설치된 양면형 태양전지를 대상으로 하였다.
실험체는 615mm × 315mm × 60mm 크기의 Atype과 615mm × 365mm × 60mm 크기의 B type 시작품을 브라질의 Porto Alegre 지역(위도 30°)에 경사각 48°로 남향과 동서향 조건으로 설치하였다.

성능/효과

연간 발전량은 남측 수직으로 설치한 단면형 PV모듈에 비해 150% 향상된 것으로 나타났다. 또한 남북방향 수직으로 설치된 경우 연간 발전량은 남측 수직 설치된 단면형 PV모듈의 발전량과 비교하여 130% 향상된 발전량을 나타냈다. 이와 같이 양면형 태양전지는 모듈 전면과 후면 양쪽에서 빛을 받아 발전을 하는 것이 중요하며, 동쪽과 서쪽을 향하도록 수직설치 하는 것이 가장 유리한 것으로 보고되었다.
실험결과 양면형 태양전지와 반사면의 거리는 115 mm에서 최대발전량을 나타냈다. 또한 반사면 유형에 따른 전력생산량은 전면 발전량 기준 반 거울반사 유형이 20%, 산란 반사유형이 15% 증가하는 것으로 나타났다. 양면형 PV모듈 표면에 조사되는 태양일사 입사각의 경우 10°에서 최대 발전량을 나타냈다.
2%로 보고되었다. 또한Zhou 등에 의해 제안된 양면형 태양전지의 효율은 전면과 후면에서 각각 21.9%, 13.9%의 효율을 달성했다.
Joge 등은^[19] 수직설치에 따른 양면형 PV 모듈의 방위별 발전특성을 옥외성능 실험을 통하여 분석하였다. 분석결과 그림 4와 같이 동서 방향으로 수직 설치된 양면형 PV모듈은 오전과 오후에 각기 최대 발전을 이루는 쌍곡선 형태로 나타났다. 연간 발전량은 남측 수직으로 설치한 단면형 PV모듈에 비해 150% 향상된 것으로 나타났다.
분석결과 반사면 구성에 따라 단면형 PV모듈 대비 10∼20% 발전성능이 향상되는 것으로 나타났다.
실험은 남향 30° 경사면에 설치된 양면형 태양전지를 대상으로 하였다. 분석결과 잔디 위에 설치한 경우 7.5% 발전성능이 향상되었고, 90% 반사표면에서 21.4%의 발전성능이 향상되는 것을 확인하였다. 후면 색상에 따른 발전성능은 검정색의 경우 3.
시작품 유형은 가장자리부 알루미늄 프레임과 셀의 간격을 다르게 제작하였으며, 이를 통해 셀 간격에 따른 후면 모듈의 일사획득량을 분석하였다. 실험결과 A type의 경우 후면모듈획득일사량은 전면 일사량 대비 27%, B type의 경우 32% 획득하는 것으로 보고되었다.
실험모델은 그림 3과 같이 5〃 단결정 양면형 실리콘 태양전지 4개를 2×2 배열로 배치하여 투과면적 비율 31%가 되도록 제작하였다. 실험결과 양면형 태양전지와 반사면의 거리는 115 mm에서 최대발전량을 나타냈다. 또한 반사면 유형에 따른 전력생산량은 전면 발전량 기준 반 거울반사 유형이 20%, 산란 반사유형이 15% 증가하는 것으로 나타났다.
제안된 양면형 PV 모듈은 100mm × 100mm 크기의 셀을 4 × 10 배열하였으며, 셀 투과면적 비율은 50%였다.
제안된 양면형 태양전지는 n형 웨이퍼를 사용하였으며 전면은 인듐 주석 산화물(ITO: indium tin oxide)막을 증착하고 후면 전계 영역은 인 확산을 통해 만들어졌다. 제안된 양면형 태양전지는 전면과 후면에서 각각 15.9%와 13.4%의 효율을 얻었다. 이와 같이 양면형 태양전지의 효율향상을 위한 연구는 p-type에 비해 높은 효율을 달성할 수 있는 n-type 실리콘 웨이퍼를 이용한 양면형 태양전지 대한 연구가 진행되었다.

후속연구

이와 같이 다양한 장점을 갖고 있는 양면형 태양전지를 적극적으로 활용하기 위해서는 양면형 태양전지 제조기술, 다양한 응용분야 연구, 양면형 태양전지 표준화 연구까지 장기간의 집중적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 이러한 노력을 바탕으로 태양광 시장 활성화 측면에서 큰 파급효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같이 다양한 장점을 갖고 있는 양면형 태양전지를 적극적으로 활용하기 위해서는 양면형 태양전지 제조기술, 다양한 응용분야 연구, 양면형 태양전지 표준화 연구까지 장기간의 집중적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 이러한 노력을 바탕으로 태양광 시장 활성화 측면에서 큰 파급효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.
또한 양면형 태양전지는 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 특히 Glass to Glass 구조를 갖기 때문에 기존 BIPV 모듈을 대체하는데 별도의 공정을 필요로 하지 않고 적용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Zebra 후면전극 기술의 장점은?	Galbiati 등[8]은 초크랄스키(Cz) 인상법에 의한 웨이퍼를 이용하여 Zebra 후면전극이 적용된 양면형 태양전지를 제안하였다. Zebra 후면전극 기술은 깍지를 끼듯 맞물려 있는 형태로 후면 전극을 형성하는 기술로 비용이 많이 드는 리소그래피(lithographic) 단계가 필요 없을 뿐만 아니라 후면 전극은 스크린프린팅을 통해 구현이 가능한 장점을 갖고 있다. 제안된 양면형 태양전지 효율 값은 제공되지 않았지만, 남쪽 30° 경사조건으로 반사율 70%의 지면에 설치된 양면형 PV모듈의 일일 전력생산량이 단면형PV 모듈과 비교하여 약 12% 발전성능이 향상되는 것으로 보고되었다.
	양면형 태양전지의 후면발전에 영향을 주는 인자 중에서 셀 또는 모듈을 제조하는 동안 조절이 가능한 유일한 요소는 무엇인가?	이 추가 전력생산은 입사 및 방사의 특성, 후면모듈의 전류특성을 포함하여 다수의 인자에 의존한다. [13] 셀 또는 모듈을 제조하는 동안 조절 될 수 있는 유일한 요소는 후면모듈 전류반응이다. 나머지 요소들은 위치 및 설치 조건에 따라 다르다.
	양면형 태양전지의 장점은?	[3] 따라서 고효율 태양전지 중에서도 Selective Emitter 태양전지, MWT(Metallization Wrap Trough) 태양전지 그리고 양면형 태양전지(Bifacial Solar cell) 등 중저가의 고효율 Si 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 양면형 태양전지는 모듈 전면뿐만 아니라 후면 발전을 통해 고효율 달성이 가 능하고 모듈 제작공정에 있어 기존 PV모듈 제조 장비를 그대로 사용하여 제작이 가능하다. 또한 Glass-Glass 구 조를 갖기 때문에 기존 BIPV 모듈을 대체하는데 별도의 공정을 필요로 하지 않고 적용이 가능한 장점을 갖고 있다. 따라서 본고에서는 중, 모듈 전면뿐만 아니라 후면에도 전극을 배치하여 광흡수를 극대화한 양면형 태양전지에 대한 연구 개발, 성능 측 정 및 모듈 응용 연구개발에 대한 동향을 소개하고자 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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