초록 ▼

본 과제는 태양광의 손실되는 부분을 태양전지에 유용한 파장으로 변환시켜 기존 잘 개발된 태양전지보다 효율을 더 증가시키는 융합연구에 관한 것이다. 이를 위하여 파장변환기술 및 나노포토닉스 기술을 응용하였다. 파장변환기술에 있어서 down shift (혹은 conversion)과 up conversion 기능을 가지는 파장변환 나노소재를 몇 가지 선정하여 합성하였다. Down shift (conversion)의 경우, 50 nm 이하의 파장변환용 나노형광체를 개발하였고, 이 형광체의 고효율화를 위한 doping optimization

본 과제는 태양광의 손실되는 부분을 태양전지에 유용한 파장으로 변환시켜 기존 잘 개발된 태양전지보다 효율을 더 증가시키는 융합연구에 관한 것이다. 이를 위하여 파장변환기술 및 나노포토닉스 기술을 응용하였다. 파장변환기술에 있어서 down shift (혹은 conversion)과 up conversion 기능을 가지는 파장변환 나노소재를 몇 가지 선정하여 합성하였다. Down shift (conversion)의 경우, 50 nm 이하의 파장변환용 나노형광체를 개발하였고, 이 형광체의 고효율화를 위한 doping optimization과 silica core-shell, polymer composite제작 등의 연구를 진행하였다. 한편 이러한 파장변환 나노소재를 태양전지에 적용하기 위하여 파장변환 박막화 하는 기술을 개발하였다. 파장변환 박막화 기술은 크게 2가지로 진행되었으며, 첫째는 상기 나노형광체를 분산하고 표면개질하여 무기물 matrix에 embedding하는 것이고, 또 다른 하나는 태양전지에 진공증착하는 방법이다.
특히, 폴리실라잔을 이용한 형광박막의 경우 태양전지에 적용하였을 때 높은 투과도와 우수한 발광효과로 인해 상대효율이 10%정도 상승하는 효과를 보였다. 또한 나노형광체를 유리 소재에 embedding한 파장변환 플레이트의 경우 태양전지의 기존 cover glass를 대체할 수 있을 뿐 아니라 파장변환효과를 더 보여주므로 사업화까지 가능한 단계까지 개발된 것으로 판단된다. 파장변환층을 진공증착하는 방법에 있어서는 태양전지표면의 불안정성 혹은 표면전극의 불안정성으로 인해 효율 상승의 효과는 보지 못하였으나 태양전지표면에 passivation layer등 추가로 인한 안정성을 확보하여 태양전지 효율에 기여하는 효과적인 방법으로 사용될 전망이다.

Abstract ▼

The global demand for energy has been increasing since past decades. Various technologies have been working to find a suitable alternative for the generation of sustainable energy. Photovoltaic technologies for solar energy conversion represent one of the significant routes for the green and renewab

The global demand for energy has been increasing since past decades. Various technologies have been working to find a suitable alternative for the generation of sustainable energy. Photovoltaic technologies for solar energy conversion represent one of the significant routes for the green and renewable energy production. Despite of remarkable improvement in solar cell technologies, the generation of power is still suffering with lower energy conversion efficiency, high production cost, etc. The major problem in improving the PV efficiency is spectral mismatch between the incident solar spectrum and bandgap of a semiconductor material used in solar cell.
Luminescent materials such as rare-earth doped phosphor materials can be helpful for photovoltaic applications. In this report, the phosphors which are capable of converting UV photon to visible and near-IR (NIR) photon are studied primarily for photovoltaic applications. In addition, luminescent thin films composed of polysilazane (-Si-NH-) and various luminescent materials such as organic dyes, inorganic nanophosphors, lanthanium metal complexes, were surveyed as a light converting layer for solar cell, Energy conversion efficiency, transmittance, absorbance of the thin film were characterized in conjuction with cell efficiency and external quantum efficiency of Si and GaAs solar cells.