[논문]결정질 실리콘 태양전지용 전극의 기술개발 및 동향

김은주; 임재홍

결정질 실리콘 태양전지용 전극의 기술개발 및 동향 원문보기

태양광발전학회 = Bulletin of the Korea Photovoltaic Society, v.2 no.1, 2016년, pp.18 - 25

김은주 (한국기계연구원 부설 재료연구소 표면연구본부) , 임재홍 (한국기계연구원 부설 재료연구소 표면연구본부)

초록
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결정질 실리콘 태양전지의 전극은 태양전지 시장의 80% 이상을 차지하고 있어 제조단가에 크게 영향을 미칠 뿐만이 아니라 효율에도 크게 영향을 미친다. n-type과 p-type의 실리콘 반도체를 접합해 오믹접촉을 형성하며, 전면에는 Ag 페이스트를, 후면에는 Al 페이스트를 이용해 형성한다. 여러 가지 방법으로 전극을 형성할 수가 있으며, 스크린 프린팅이 대표적인 방법이다. 스크린 프린팅은 간단하며 연속 공정을 이용해 전극을 형성할 수 있다. 최근 원가절감에 대한 요구로 습식기반 공정을 이용한 전극형성 연구도 활발히 진행되고 있다. 본고에서는 결정질 실리콘 태양전지 전극에 대해 설명했으며, 결정질 실리콘 태양전지의 기술개발 및 동향에 대해 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

본고에서는 전극의 중요성과 결정질 실리콘 태양전지의 전극을 형성할 수 있는 방법에 대해 알아봤다. 또한 실리콘 태양전지의 기술개발 및 동향에 대해 소개하고자 한다.
스크린 프린팅뿐만 아니라 Ni을 기초로 한 다층 구조의 금속 층 등과 같은 방법으로도 전극층을 형성할 수 있다. 본고에서는 전극의 중요성과 결정질 실리콘 태양전지의 전극을 형성할 수 있는 방법에 대해 알아봤다. 또한 실리콘 태양전지의 기술개발 및 동향에 대해 소개하고자 한다.

가설 설정

3) 약 700℃ 이상의 온도에서 Ag 입자들이 소결되기 시작한다. 또한 용융된 glass frit이 반사방지막을 식각한 이후에 실리콘 일부분 또한 용해된다.
4) 소결 후 냉각 과정에서 glass frit 내의 과량의 실리콘이 결정화 된다.

제안 방법

용융된 glass frit은 패턴 내에서 접착제 역할을 하게 된다. 또한 산화 환원 반응을 통해 반사방지막을 식각하여 실리콘 기판을 노출시켜 Ag 입자가 실리콘 기판과 접촉할 수 있도록 한다.

대상 데이터

7%의 효율을 보고한 바가 있다. 또한, CdTe 태양전지의 강자인 First solar사가 패시베이션 기술과 Cu 전극 기술을 보유하고 있는 벤처 기업인 TetraSun를 인수함으로써 본격적으로 결정질 실리콘 태양전지 시장에 진출했다.

성능/효과

70년대 13%의 변환효율을 가지는 실리콘 태양전지를 시작으로 그림 1과 같이 태양광발전 기술 변화에 따라 고효율의 태양전지가 개발되고 있다. 그리고 태양광 발전 기술 변화에 따라 제조 공정의 신뢰성, 자동화 및 단순화가 가능해졌다. 현재 태양전지 시장은 실리콘을 기반으로 한 태양전지가 80% 이상 차지하고 있으며, 결정질의 종류에 따라 그림 2와 같이 단결정 실리콘과 다결정 실리콘으로 나뉜다.
이 태양전지 또한 UNSW에서 개발했으며, 24% 이상의 변환효율을 달성했다. 그림 7을 보면 알 수 있듯이, 빛이 조사되어 흡수되는 면이 역 피라미드 구조를 갖고 있으며, 후면전극에는 부분적으로 P⁺층을 가지고 있다.

후속연구

그림 8과 같이 2013년 기준, Ag 페이스트는 1000$/kg으로 셀 제조 단가의 20$ cent로 실리콘 가격을 제외한 나머지의 30%를 차지한다. Ag 페이스트의 사용 비율을 줄이고 대체 전극인 Ni/Cu 전극을 사용함으로써 저원가의 태양전지를 구현 할 수 있을 것이다. 또한, 이를 뒷받침해줄 수 있는 도금장비의 개발이 원활하게 이루어지지 않고 있는 현실이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광 에너지의 양을 전력으로 환산한다면?	태양광 에너지의 양은 태양에서 약 1억 5,000만 km 떨어진 지구에 들어오는 양을 전력으로 환산한다면 약 1.77x1012mW/cm2이다. 이 값은 전 세계의 평균 소비전력에 비교했을 경우 수십만 배로 크다.
	지구상에 입사되는 태양광의 단점에도 불구하고 태양광 에너지를 이용한 연구가 활발히 진행되는 이유는?	하지만 이러한 단점에도 불구하고 태양광 에너지를 이용한 연구는 활발히 진행되고 있다. 태양광 에너지는 입사되는 광선이 무한하며 경비가 들지 않으며, 열에너지를 매개로 하는 화력, 원자력 등의 에너지와는 다르게 열에너지를 매개로 하지 않는다는 점이다. 더 나아가 태양광 발전의 생산단가는 매년 10~11%씩 저렴해지고 있으며, 머지않아 전 세계 80% 지역에서 태양광 에너지가 석탄 및 원자력 에너지보다 더 저렴해 지는 등 태양광 에너지에 대해 긍정적으로 평가되고 있다. 70년대 13%의 변환효율을 가지는 실리콘 태양전지를 시작으로 그림 1과 같이 태양광발전 기술 변화에 따라 고효율의 태양전지가 개발되고 있다.
	결정질 실리콘 태양전지의 전극의 태양전지 시장에서의 영향력은?	결정질 실리콘 태양전지의 전극은 태양전지 시장의 80% 이상을 차지하고 있어 제조단가에 크게 영향을 미칠 뿐만이 아니라 효율에도 크게 영향을 미친다. n-type과 p-type의 실리콘 반도체를 접합해 오믹접촉을 형성하며, 전면에는 Ag 페이스트를, 후면에는 Al 페이스트를 이용해 형성한다.

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