[논문]평판형 태양 전지의 광학 및 전기적 특성 최적화를 위한 에미터 전극 설계 연구

이상복; 도윤선

doi:10.3807/kjop.2020.31.1.037

평판형 태양 전지의 광학 및 전기적 특성 최적화를 위한 에미터 전극 설계 연구
Emitter Electrode Design to Optimize the Optical and Electrical Characteristics of Planar Solar Cells 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.31 no.1, 2020년, pp.37 - 44

이상복 (경북대학교 IT대학 전자공학부) , 도윤선 (경북대학교 IT대학 전자공학부)

초록
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본 연구에서는 기본적인 평면 태양 전지 구조에 1차원 주기를 가지는 에미터 전극 배치를 통해 광학 및 전기적 효율을 최적화하는 설계방법을 제안한다. 에미터 전극의 주기가 줄어들면 애퍼처 비율이 감소해 빛 흡수율이 줄어들어 태양 전지 성능 저하에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 가장 간단한 평판형 태양 전지 구조 내에서 에미터 전극 배열의 최적안을 제시하였다. 광학적 측면에서 에미터 전극이 없이 광흡수층 전면에서의 광흡수를 하는 레퍼런스 소자와 성능이 유사한 조건을 도출했다. 그리고 광흡수 및 전기적 효율 측면을 모두 고려하여 가장 효과적인 전극 구조를 제안하였다. 본 연구 결과는 광전 변환으로 생성된 전하를 전극으로 가장 효율적으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 대체 에너지원에서 큰 비중을 차지하고 있는 태양 전지의 활용성을 높이는데 기여할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we propose a design method to optimize the electro-optical efficiency of a planar solar cell structure by adjusting one-dimensionally periodic emitter electrodes. Since the aperture ratio of the active layer decreases as the period of the emitter electrode decreases, the amount of light absorption diminishes, affecting the performance of the device. Here we design the optimal structure of the periodic emitter electrode in a simple planar solar cell, by simulation. In terms of optics, we find the condition that shows optical performance similar to that of a reference without the emitter electrode. In addition, the optimized electrode structure is extracted considering both the optical and electrical efficiency. This work will help to increase the utilization of solar cells by suggesting a structure that can most efficiently transfer charge generated by photoelectric conversion to the electrodes.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. (a) Schematic design of the planar solar cell consisting of silver (Ag) emitter electrodes, a silicon (Si) active layer and an aluminum (Al) base electrode. (b) Design parameters of the unit solar cell; the period (P₁) of the Ag emitter electrodes, the thickness (t₁) and length of Ag emitter electrodes, the thickness (t₂) of Si active layer, and the thickness (t₃) of Al base electrode.
$Fig. 2. (a) Spectral measurements when the period of emitter electrodes (P<sub>1</sub>) was changed from 20 μm to 2.5 μm, and also with no emitter electrodes condition. (b, c) Real part (b) and imaginary part (c) of the refractive index values according to the wavelength.$ 그림 Fig. 2. (a) Spectral measurements when the period of emitter electrodes (P₁) was changed from 20 μm to 2.5 μm, and also with no emitter electrodes condition. (b, c) Real part (b) and imaginary part (c) of the refractive index values according to the wavelength.
그림 Fig. 4. Calculated electric field intensity in the active layer of the solar cell at 500 nm wavelength range.
그림 Fig. 3. (a) Averaged absorption when the period of emitter electrodes (P₁) was changed from 20 μm to 2.5 μm, and also with no emitter electrodes condition. (b) Comparing the ratio of the aperture (black line) and the averaged absorption (red line) according the period of the emitter electrodes, assuming that the aperture ratio of the solar cell with no emitter electrodes is 100%.
그림 Fig. 5. Calculated generation rate at the active layer of the solar cell.
그림 Fig. 6. Calculated electrical properties of the suggested solar cells: (a) current density and (b) power density according to the base voltage.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이러한 전기적 특성과 더불어 광학적 효과를 동시에 검토하여 최적안을 설계하기 위해 마이크로 패턴을 이용하여 광학적 효과와 전기적 특성과의 관계를 규명하고자 한다. 본 논문에서 우리는 광 흡수 및 광전 활성화 층 (active layer)과 양극, 음극으로 이루어진 가장 기본적인 평 면 구조의 태양 전지 구조에서 에미터 전극의 주기를 조절하여, 기존 태양 전지의 태양광 흡수율을 비슷하게 유지하면서 전기적 특성을 개선할 수 있는 태양 전지의 전극의 최적 디자인을 제안한다. 광전 변환으로 생성된 전하를 가장 효율적으로 전극으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 양산에 적합한 단순한 구조와 공정, 저비용을 고려한 효율 개선에 적합한 방안을 제시할 수 있을 것이다.
태양 전지의 효율을 증가시키기 위해서 는 광 흡수층의 높은 흡수율, electron-hole pair (EHP)의 생성 비율의 최대화, EHP의 분리를 위한 p-n 접합 전위차 등 광전 혹은 전기적 메커니즘에 따른 접근을 해볼 수 있고, 이 러한 기본 메커니즘을 극대화할 수 있도록 다양한 나노 및 마이크로 구조에서 일어나는 광학 공진 현상을 응용하는 사 례가 많이 연구가 되어 오고 있다. 본 논문에서는 만들어진 전자(electron)와 정공(hole)을 최종적으로 외부로 많이 이끌어낼 수 있는 관점에서 태양 전지의 효율을 최적화하는 연구를 진행하였다. 상부 contact 전극(주로 emitter 전극)의 형태에 따라 태양전지의 최종 성능을 보고한 연구들이 있으나 ^[21,22], 전극의 크기가 크며 그 모양에 따른 전하의 분포특성과 전기장의 세기 등 전기적인 관점에서 연구가 되어왔다.
상부 contact 전극(주로 emitter 전극)의 형태에 따라 태양전지의 최종 성능을 보고한 연구들이 있으나 ^[21,22], 전극의 크기가 크며 그 모양에 따른 전하의 분포특성과 전기장의 세기 등 전기적인 관점에서 연구가 되어왔다. 본 논문에서는 이러한 전기적 특성과 더불어 광학적 효과를 동시에 검토하여 최적안을 설계하기 위해 마이크로 패턴을 이용하여 광학적 효과와 전기적 특성과의 관계를 규명하고자 한다. 본 논문에서 우리는 광 흡수 및 광전 활성화 층 (active layer)과 양극, 음극으로 이루어진 가장 기본적인 평 면 구조의 태양 전지 구조에서 에미터 전극의 주기를 조절하여, 기존 태양 전지의 태양광 흡수율을 비슷하게 유지하면서 전기적 특성을 개선할 수 있는 태양 전지의 전극의 최적 디자인을 제안한다.
본 연구에서는 1 µm의 폭을 가지는 전극을 주기 적으로 배열하여 개구부가 전체 면적의 95~60%가 되는 범 위에서 전극 면적에 대한 광학적, 전기적 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 태양전지 중 가장 단순한 형태의 평면 무기 태양 전지의 에미터 전극 배치를 통해 설계 변수에 따른 광학적 특성과 전기적 특성 간의 최적 조건을 찾는 구조를 도출하였다. 에미터 전극이 없는 레퍼런스 소자와 전극의 주기를 최대 20 µm에서 최소 2.
각 주기에 따른 광 흡수율은 300 nm에서 600 nm 사이의 단파장 영역에서는 파장이 커짐에 따라 증가하였고, 600 nm 이상의 장파장 영역에서는 잡음과 같은 리플(ripple)이 발생 하면서 감소하는 경향을 보였다. 주기의 변화에 따른 광 흡수율의 변화가 뚜렷하게 보이는 단파장 영역 중 광 흡수율이 최댓값을 갖는 500 nm 파장의 데이터를 검토했다. 레퍼런스의 경우 500 nm 파장에서의 광 흡수율은 약 0.

가설 설정

5 µm, and also with no emitter electrodes condition. (b) Comparing the ratio of the aperture (black line) and the averaged absorption (red line) according the period of the emitter electrodes, assuming that the aperture ratio of the solar cell with no emitter electrodes is 100%.
Canada)을 이용하였다. 하나의 단위 구조가 주기적으로 반복된다는 가정 하에 그 주기성을 이용하여 계산을 진행했다. 이를 위해 계산 범위의 경계 조건은 x축을 따라 Periodic, y축을 따라 PML (perfectly matched layer) 조건을 적용하였다.

제안 방법

이를 위해 계산 범위의 경계 조건은 x축을 따라 Periodic, y축을 따라 PML (perfectly matched layer) 조건을 적용하였다. 300 nm에서 1300 nm 파장 대역을 가지는 평면파 광원을 사용하여 기판에서 y방향을 따라 단위 셀로 입사시켰다. 광 흡수율은 태양 전지의 활성화 층에서 계산하였다.
개구 비율과 광 흡수량이 일치하지 않고 개구 비율에 따라 그 차이가 다르게 나타나는 현상을 좀 더 상세히 분석하기 위해 전기장(electric field, E-field)의 세기를 확인하였다. 그림 4는 전극의 주기에 따라 활성화 층 내의 전기장 분포를 계산한 그림이다.
300 nm에서 1300 nm 파장 대역을 가지는 평면파 광원을 사용하여 기판에서 y방향을 따라 단위 셀로 입사시켰다. 광 흡수율은 태양 전지의 활성화 층에서 계산하였다. 굴절률은 Si와 Al에 대한 Palik^[23]의 데이터를 사용하였고, Ag에 대한 CRC^[24]의 데이터를 사용하였다.
먼저, 레퍼런스 소자의 개구 비율(aperture ratio)을 100%로 하여 전극의 주기에 따라 변하는 애퍼처 비율을 나타내었다. 그리고 에미터 전극이 없을 때의 광 흡수율을 기준(100%)으로 하여 전극의 주기에 따른 광 흡수율의 비율을 나타냈다. 전반적으로 개구 비율의 경향과 광 흡수율의 경향이 유사하게 나타난다.
다음으로 FDTD 방법에서 계산된 EHP 생성 결과를 전기적 특성(전류 밀도, 전력 밀도)로 전환하는 계산을 진행하였다. 반도체의 자유 전하 밀도(density of free carriers) 모델 기반 의 drift-diffusion equation과 정전기장 포텐셜(electrostatic potential)을 설명하는 Poisson’s equation 기반의 시뮬레이션 계산 기반의 시뮬레이터(DEVICE, Lumerical Inc.
다음으로 비교군이 주기적인 에미터 전극이 배치된 태양 전지의 경우, 전극의 주기를 20 µm, 10 µm, 5 µm, 2.5 µm로 설정하여 계산하였다.
다음으로, 태양 전지의 광 흡수층에서 전체 파장 대역의 태양광에 대한 광 흡수 경향을 분석하기 위해 generation rate 을 계산하였다. 그림 5는 전극의 주기에 따라 활성화 층의 generation rate의 분포도와 그에 대한 분석 데이터이다.
단, 이 경우 앞선 광학 계산과 다르게, 레퍼런스 소자의 경우 전하 수집을 위한 에미터 전극 1개를 배치하였고, 태양 전지의 단위 영역은 전극을 배치했을 때의 가장 큰 주기와 동일한 20 µm로 설정한 후 시뮬레이션을 진행하였다.
에미터 전극 주기에 따른 광 흡수율 경향을 분석하기 위해 그림 3(b)에서 두 가지 분석 데이터를 비교해보았다. 먼저, 레퍼런스 소자의 개구 비율(aperture ratio)을 100%로 하여 전극의 주기에 따라 변하는 애퍼처 비율을 나타내었다. 그리고 에미터 전극이 없을 때의 광 흡수율을 기준(100%)으로 하여 전극의 주기에 따른 광 흡수율의 비율을 나타냈다.
실리콘 태양전지의 p-n junction을 형성함에 있어 에미터 혹은 backsurface-field 영역 한 쪽을 더 높은 농도로 도핑한 경우 전력 변환 효율이 높다는 것이 보고되었고, 이를 구현하는 측면에서 공정성과 양산성을 고려햐여 n+ type 혹은 p+ type 등의 구조가 적용되어왔다^[25,26]. 본 연구에서는 이를 고려하여 p 도핑농도를 더 크게 잡아주었다. 이후 베이스 전극의 전압을 0 V부터 0.
그림 4는 전극의 주기에 따라 활성화 층 내의 전기장 분포를 계산한 그림이다. 앞서 태양 전지의 광 흡수율 스펙트럼에서 주기에 따른 변화가 두드러지게 나타난 단파장 영역 내에서 최댓값을 보인 500 nm 파장에서의 전기장 분포를 확인했다. 그림 4(a)는 레퍼런스 소자, 그림 4(b)는 에미터 전극의 주기가 20 µm, 그림 4(c)는 10 µm, 그림 4(d)는 5 µm, 그림 4(e) 는 2.
에미터 전극 하단부와 활성화 층 상단부의 경계면에 전극의 영역만큼 1 × 1019 cm-3의 농도로 n 도핑 영역을 지정하였고, 활성화 층 하단부와 베이스 전극의 경계면에 단위 태양 전지의 길이만큼 2 × 1020 cm-3의 농도로 p 도핑 영역을 설정해주었다.
에미터 전극으로 가리지 않고 활성층 전체 면적에서 광을 흡수하는 경우를 ‘No Emitter Electrodes’로 구분하였고 이를 레퍼런스로 하여 광흡수 성능을 비교하였다.
에미터 전극이 없는 레퍼런스 소자와 전극의 주기를 최대 20 µm에서 최소 2.5 µm까지 조절하여 시뮬레이션을 진행하였다.
하나의 단위 구조가 주기적으로 반복된다는 가정 하에 그 주기성을 이용하여 계산을 진행했다. 이를 위해 계산 범위의 경계 조건은 x축을 따라 Periodic, y축을 따라 PML (perfectly matched layer) 조건을 적용하였다. 300 nm에서 1300 nm 파장 대역을 가지는 평면파 광원을 사용하여 기판에서 y방향을 따라 단위 셀로 입사시켰다.
본 연구에서는 이를 고려하여 p 도핑농도를 더 크게 잡아주었다. 이후 베이스 전극의 전압을 0 V부터 0.7 V까지 0.02 V 간격으로 변화시켜 그에 따른 전류를 계산하였다. 단, 이 경우 앞선 광학 계산과 다르게, 레퍼런스 소자의 경우 전하 수집을 위한 에미터 전극 1개를 배치하였고, 태양 전지의 단위 영역은 전극을 배치했을 때의 가장 큰 주기와 동일한 20 µm로 설정한 후 시뮬레이션을 진행하였다.
Canada)를 이용했다. 전극의 주기(P1)만큼의 영역을 하나의 단위 태양 전지로 지정한 후 시뮬레이션을 수행하였다. 에미터 전극 하단부와 활성화 층 상단부의 경계면에 전극의 영역만큼 1 × 1019 cm^-3의 농도로 n 도핑 영역을 지정하였고, 활성화 층 하단부와 베이스 전극의 경계면에 단위 태양 전지의 길이만큼 2 × 10²⁰ cm^-3의 농도로 p 도핑 영역을 설정해주었다.
에미터 전극으로 가리지 않고 활성층 전체 면적에서 광을 흡수하는 경우를 ‘No Emitter Electrodes’로 구분하였고 이를 레퍼런스로 하여 광흡수 성능을 비교하였다. 태양 전지의 평면 방향(x축 방향)으로는 Periodic으로 무한히 넓은 영역으로 설정하였다. 실제 구현되는 소자의 크기는 수 cm~수 m로 그 크기가 제한이 되지만, 가시광 및 적외선 대역의 빛 의 파장의 크기와 수직 방향(y축 방향)으로 수 µm 급 박막 의 치수를 고려할 때 무한하다고 가정할 수 있다.

대상 데이터

광 흡수율은 태양 전지의 활성화 층에서 계산하였다. 굴절률은 Si와 Al에 대한 Palik^[23]의 데이터를 사용하였고, Ag에 대한 CRC^[24]의 데이터를 사용하였다.
에미터 전극의 사이즈는 두께(t1)가 1 µm인 정방형, 활성화 층의 두께 (t2)는 3 µm, 베이스 전극의 두께(t3)는 500 nm로 설정했다.

이론/모형

반도체의 자유 전하 밀도(density of free carriers) 모델 기반 의 drift-diffusion equation과 정전기장 포텐셜(electrostatic potential)을 설명하는 Poisson’s equation 기반의 시뮬레이션 계산 기반의 시뮬레이터(DEVICE, Lumerical Inc. Canada)를 이용했다.
에미터 전극의 사이즈는 두께(t₁)가 1 µm인 정방형, 활성화 층의 두께 (t₂)는 3 µm, 베이스 전극의 두께(t₃)는 500 nm로 설정했다. 본 연구에서는 기본적인 평판형 태양 전지에서 상부 금속 에미터 전극의 주기에 따른 광학적 특성 변화를 측정하기 위해 2차원 FDTD (finite-difference time-domain) 방법(FDTD Solutions, Lumerical Inc. Canada)을 이용하였다. 하나의 단위 구조가 주기적으로 반복된다는 가정 하에 그 주기성을 이용하여 계산을 진행했다.

성능/효과

각 주기에 따른 광 흡수율은 300 nm에서 600 nm 사이의 단파장 영역에서는 파장이 커짐에 따라 증가하였고, 600 nm 이상의 장파장 영역에서는 잡음과 같은 리플(ripple)이 발생 하면서 감소하는 경향을 보였다. 주기의 변화에 따른 광 흡수율의 변화가 뚜렷하게 보이는 단파장 영역 중 광 흡수율이 최댓값을 갖는 500 nm 파장의 데이터를 검토했다.
9%로 계산되었고, 역시 개구 비율 대비 높은 값을 보인다. 계산된 개구 비율과 generation rate 비율의 차이는 2.5%p, 3.0%p, 4.1%p, 7.9%p로 전극의 주기가 줄어들수록 차이가 증가하는 것으로 계산되었다.
9%로, 모든 구간에서 개구 비율보다 높게 나타났다. 계산된 개구 비율과 전기장 비율의 차이는 전극의 주기가 줄어드는 순서로 각각 2.4%p, 3.0%p, 5.9%p, 11.9%p로 계산되어, 전극의 주기가 줄어들수록 그 차이가 증가했다.
활성층 내부의 흡광과 전기장 세기와의 관계를 정량적으로 분석하기 위해 그림 4(f)에 에미터 전극의 주기에 따른 활성층 내의 전기장 세기의 평균값을 나타냈다. 광 흡수율과 마 찬가지로 전극의 주기가 줄어들수록 전기장의 세기가 줄어 드는 것을 확인하였다. 전기장의 세기는 레퍼런스 소자의 경우 1.
5 µm까지 조절하여 시뮬레이션을 진행하였다. 광학적 특성인 광 흡수율, 전기장, generation rate 모두 주기가 줄어들수록 계산된 값이 감소하는 경향을 나타내었다. 이 경향성은 전극 배치에 따른 개구부의 비율과 유사한 값을 가지지만, 전체적으로 개구 비율 대비 높은 값을 보였으며 전극의 주기가 줄어들수록, 다시 말해 개구 비율이 낮은 조건일수록 개구 비율과 광 흡수량 간의 차이는 크게 나타나 개구 비율보다 더 많은 양의 광을 흡수할 수 있음을 보였다.
그 결과 VOC는 전극 주기가 10 µm일 때 0.605 V로 가장 크게 나타났고, 주기가 더 작아 질수록 VOC가 작아져 5 µm일 때 0.588, 2.5 µm일 때 0.566 으로 나타났다.
또한 그래프 상의 인접 데이터 구간 간의 전기장 데이터의 차이도 0.03 × 10-1 V/m, 0.05 × 10-1 V/m, 0.08 × 10-1 V/m, 0.16 × 10-1 V/m로 증가하여, 주기가 감소함에 따라 평균 전기장 값이 감소하는 속도가 빨라졌다.
그림 2(c)와 4(g), 5(g)를 비교했을 때 광 흡수율, 흡수층 내의 전기장 총량과 EHP 생성 총량 모두 주기가 줄어들수록 비선형적으로 감소하는 경향은 비슷했다. 또한 활성층 전체 영역에서 빛이 흡수될 수 있는 레퍼런스 소자와 비교하여, 에미터 전극이 배치되어 광 차단부가 생길 경우 개구 비율 대비 흡수량이 소량 크게 나타났고, 전극의 주기가 줄어들면 서 개구 비율과의 차이가 증가하는 현상도 동일하게 나타났 다. 전극의 주기가 5 µm에서 2.
레퍼런스 소자의 generation rate는 4.83 × 1026 m-3이며, 전극의 주기가 2.5 µm일 때는 그 값이 레퍼런스 대비 약 68% 수준으로 감소하여 3.28 × 1026 m-3으로 계산되었다.
레퍼런스 소자의 광 흡수율의 평균값은 약 0.461, 전극의 주기가 20 µm일 때는 약 0.441, 10 µm일 때는 약 0.420, 5 µm일 때는 약 0.380, 2.5 µm일 때는 약 0.304으로 계산되었다.
5 µm인 소자에 대한 데이터이다. 모든 소자에서 전기장 은 활성화 층 상단부에서 가장 크게 나타났고, 하단부로 갈수록 줄어드는 경향을 보였다. 두꺼운 금속 전극에 의해 빛이 차단되어 에미터 전극의 아랫부분에서 전기장의 크기가 0 에 가깝게 나타났고, 개구 영역은 빛이 투과하여 활성층 내로 흡수가 되며 이 부분은 레퍼런스와 마찬가지로 하단부로 내려갈수록 전기장의 세기가 작아진다.
여기서 주 기적인 전극 배치는 레퍼런스 소자 대비 전극의 수가 늘어나 전하의 수집을 효율적으로 하여 J_SC값이 더 커지게 된다. 앞선 결과에서 전극 주기가 감소할수록 광 흡수량이 줄어들었으므로 JSC도 감소하는 경향을 보일 것이라 예측할 수 있다. 전극 주기가 20 µm와 10 µm인 소자는 레퍼런스에 비해 높 은 전류 밀도를 나타냈고, 5 µm일 때 그 값이 레퍼런스와 유 사했으며 2.
광학적 특성인 광 흡수율, 전기장, generation rate 모두 주기가 줄어들수록 계산된 값이 감소하는 경향을 나타내었다. 이 경향성은 전극 배치에 따른 개구부의 비율과 유사한 값을 가지지만, 전체적으로 개구 비율 대비 높은 값을 보였으며 전극의 주기가 줄어들수록, 다시 말해 개구 비율이 낮은 조건일수록 개구 비율과 광 흡수량 간의 차이는 크게 나타나 개구 비율보다 더 많은 양의 광을 흡수할 수 있음을 보였다. 하지만 개구부가 줄어들수록 절대적인 광흡수 량이 줄어듦으로 인해 전기 생성 측면에서 확인한 전류 밀도와 전력 밀도가 작아진다.
또한 전극 배치로 인한 태양전지의 저항성분의 변화로 V_OC값과 그 주변 조건에서의 J-V_base 곡선의 형태가 변한다. 이러한 요소가 복합적으로 작용하여 개구부가 약 90%인 구조에서 최대 전력 밀도를 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 태양전지에서 광전효과로 발생한 전하를 효율적으로 수집할 수 있는 에미터 전극 설계방안을 제시함으로써 태양전지의 성능을 최적화하고 상용화하는 데 좋은 가이드가 될 것이다.
전극 주기가 20 µm와 10 µm인 소자는 레퍼런스에 비해 높 은 전류 밀도를 나타냈고, 5 µm일 때 그 값이 레퍼런스와 유 사했으며 2.5 µm일 때 레퍼런스 소자에 비해 낮은 수치가 나왔다.
9%p가 된다. 전극의 주기가 작을수 록, 다시 말해 전극이 많이 배치되어 개구부의 크기가 작을수록 광 흡수율과 개구 비율의 차이는 더 커져, 개구부 대비 더 많은 양의 빛을 흡수할 수 있음을 알 수 있다.
전기장의 비율은 전극의 주기가 20 µm일 때 97.4%, 10 µm일 때 93.0%, 5 µm일 때 85.9%, 2.5 µm일 때 71.9%로, 모든 구간에서 개구 비율보다 높게 나타났다.
0%로 계산된다. 한편 광 흡수율의 비율은 aperture ratio 대비 소량 더 큰 값을 보였으며, 전극 주기가 줄어드는 순서로 약 95.7%, 91.1%, 82.4%, 65.9%로 계산되었다. Aperture ratio와 absorption ratio 사이의 비율의 차이는 0.

후속연구

본 논문에서 우리는 광 흡수 및 광전 활성화 층 (active layer)과 양극, 음극으로 이루어진 가장 기본적인 평 면 구조의 태양 전지 구조에서 에미터 전극의 주기를 조절하여, 기존 태양 전지의 태양광 흡수율을 비슷하게 유지하면서 전기적 특성을 개선할 수 있는 태양 전지의 전극의 최적 디자인을 제안한다. 광전 변환으로 생성된 전하를 가장 효율적으로 전극으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 양산에 적합한 단순한 구조와 공정, 저비용을 고려한 효율 개선에 적합한 방안을 제시할 수 있을 것이다. 이를 통해 대체 에너 지원에서 큰 비중을 차지하고 있는 태양 전지의 활용성이 높아질 것을 예상한다.
이러한 요소가 복합적으로 작용하여 개구부가 약 90%인 구조에서 최대 전력 밀도를 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 태양전지에서 광전효과로 발생한 전하를 효율적으로 수집할 수 있는 에미터 전극 설계방안을 제시함으로써 태양전지의 성능을 최적화하고 상용화하는 데 좋은 가이드가 될 것이다.
광전 변환으로 생성된 전하를 가장 효율적으로 전극으로 전달할 수 있는 구조를 제안함으로써, 양산에 적합한 단순한 구조와 공정, 저비용을 고려한 효율 개선에 적합한 방안을 제시할 수 있을 것이다. 이를 통해 대체 에너 지원에서 큰 비중을 차지하고 있는 태양 전지의 활용성이 높아질 것을 예상한다.
태양 전지의 광전 변환 동작은 태양광 전체 대역을 흡수하여 반응이 이뤄진다. 전체적으로 에미터 주기의 감소에 따라 흡수가 감소하는 경향이 있고, 그 대푯값으로 500 nm 파장의 광 흡수율을 비교했지만, 소자에서의 전체 흡수율 또한 검토되어야 한다. 전 파장 영역에서의 광 흡수율에 대한 평 균값을 계산하여 전극의 주기에 따른 경향을 그림 3(a)에 나 타냈다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	generation rate이란?	그림 5는 전극의 주기에 따라 활성화 층의 generation rate의 분포도와 그에 대한 분석 데이터이다. generation rate은 태양 전지의 활성화 층이 태양광을 받아 엑 시톤(electron-hole pair, EHP)이 형성된 양을 나타낸 값으로 흡수된 모든 포톤(photon)이 엑시톤을 여기시킨다고 가정하 여 계산된 것으로, 광의 총 흡수량과 같다고 볼 수 있다. 그 림 5(a)는 레퍼런스, 그림 5(b)는 에미터 전극의 주기가 20 µm, 그림 5(c)는 10 µm, 그림 5(d)는 5 µm, 그림 5(e)는 2.
	기판형 결정질 실리콘(Si) 태양 전지가 태양 전지 산업의 80% 이상의 시장점유율을 차지하고 있는 이유는?	반면, 무기 태양 전지는 유기 태양 전지 대비 우수한 효율과 높은 생산성으로 현재 태양 전지 시장의 대부분을 차지하고 있다. 특히 기판형 결정질 실리콘(Si) 태양 전지는 신뢰성, 수명, 효율 측면에서 우수하며 태양 전지 시장 중 주택 및 소규모 발전용으로 적합해 태양 전지 산업의 80% 이상의 시장점유율을 차지하고 있다. 결정질 Si 태양 전지는 이론적으 로 약 29%의 최고 광전효율[17]을 달성할 수 있으며, 저가화 와 생산 수율 등을 고려한 양산단계의 태양 전지도 19~21% 의 효율을 달성하고 있다[18-20].
	활성층 내의 깊이 방향에 대해 전기장 분포가빛이 투과하고 투과하지 않은 영역의 구분이 완벽하게 개구부와 일치하지 않는 이유는?	빛은 전자기파(electromagnetic wave)로 파동특성을 가지기 때문에 파장과 유사한 크기의 수 µm의 구조물에서 파면이 왜곡되어 회절(diffraction)이 일어날 수 있다. 이러한 효과로 활성층 내의 깊이 방향에 대해 전기장 분포가 빛이 투과하고 투과하지 않은 영역의 구분이 완벽하게 개구부와 일치하지 는 않을 것이다.

참고문헌 (26)

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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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