초록 ▼

1) 출력-입사각 비선형 관계 확인 및 염료감응 태양전지 비선형 원인 분석 -염료감응형 태양전지(DSSC), 단결정 Si 태양전지, 다결정 Si 태양전지의 출력을 광 입사각에 따라 평가한 결과 DSSC와 다결정 Si 태양전지에서 입사각에 대한 비선형성이 측정되었으며, DSSC에서 가장 높게 측정되었음.

-DSSC의 입사각에 대한 비선형성을 실험과 유한차분법을 기반으로 한 계산을 통해 분석한 결과, 입사각 변화에 따른 광경로(light path) 변경에 의한 효과보다 광전극 내부에서 recombination 및 상대 전극

1) 출력-입사각 비선형 관계 확인 및 염료감응 태양전지 비선형 원인 분석 -염료감응형 태양전지(DSSC), 단결정 Si 태양전지, 다결정 Si 태양전지의 출력을 광 입사각에 따라 평가한 결과 DSSC와 다결정 Si 태양전지에서 입사각에 대한 비선형성이 측정되었으며, DSSC에서 가장 높게 측정되었음.

-DSSC의 입사각에 대한 비선형성을 실험과 유한차분법을 기반으로 한 계산을 통해 분석한 결과, 입사각 변화에 따른 광경로(light path) 변경에 의한 효과보다 광전극 내부에서 recombination 및 상대 전극에서 potential loss에 의한 loss mechanism이 억제되어 저광량 및 고입사각에서 고효율 특성이 발현 되는 것으로 분석되었음.

2) 출력-입사각 비선형 관계를 이용한 고효율 3D 구조 sub-module 개발 -DSSC의 효율이 비스듬한 입사각에서 증가하는 비선형을 활용하여 각 셀이 경사지게 배열된 3차원 구조 모듈을 설계하고 4개의 셀이 병렬로 연결된 DSSC sub-module을 제조하여 확인한 결과 기존 평판 대비 40% 효율 증가 획득.

3) 패턴 광전극을 이용한 DSC 셀 및 sub-module 성능 개선 -DSSC 광전극에 1mm~0.1mm 크기의 육각형 형상 패턴을 30㎛ 간격으로 배열함으로써 확산계수 증가와 광전극 내 광분포 개선을 통한 셀 수준 효율 향상.

- Rigorous Wave Coupling Analysis (RCWA) 계산 결과 광전극에 패턴이 삽입된 경우, 기울어진 입사각에서도 광이 광전극-FTO계면에 집중됨으로써 향상된 비선형성을 보이며, 이를 이용하여 4개의 셀을 이용한 3차원 구조 sub-module을 제조한 경우, 일반 광전극보다 높은 효율이 발현됨.

4) 3차원 구조 모듈을 이용한 생산 전력량 향상 -경사 배열을 활용한 3차원 DSSC sub-module은 평판형 sub-module에 비해 넓은 입사각 범위에서 고출력을 나타냄으로써 이론적인 경우 40% 생산 전력량 향상을 보임.

-단순히 효율만 높고 이용율이 낮은 경우, 전체 전력 생산량이 감소하는 결과를 보임.

(출처 : 보고서 초록 3p)

Abstract ▼

Recent enbroadening of application field of photovoltaics into the urban life requires different features of solar cells, including high electricity energy density in limited light intensity and omni-directional illumination, from previous cyrstalline Si based solar cells, which are well adopted for

Recent enbroadening of application field of photovoltaics into the urban life requires different features of solar cells, including high electricity energy density in limited light intensity and omni-directional illumination, from previous cyrstalline Si based solar cells, which are well adopted for the utility scale applications such as solar plants. In order to match these requirements, the 3D solar cell module structures from thin film based cells, in particular dye sensitized solar cells (DSSCs) was developed utilizing the properties of these type of solar cells, which is high power output under the oblique illuminations, called incident angle-output power non-linearity. In the analysis of non-linear property of the dye sensitized solar cells, the high efficiency under the oblique illuminations are from not only light path increasing within the electrode but also restricted loss mechanism such as overpotential at the counter electrode and recombination rate at the photo-anode. Therefore, it is expected that other type of thin film solar cell can show the similar non-linear properties, possible to utilization. To apply these non-linear properties in the 3D module design, simple oblique array of cells into submodule was fabricated. The efficiency of these 3D modules have shown improved efficiency compared to those of previous flat modules by 40%. In addition, by insert pattern into the photo-anode by simple modification of screen printing mask, the performance of DSSC including efficiency and non-linearity have enhanced and have shown that it has potential of over 13% efficiency if pattern spacing is narrower or light havesting avoiding photon illumination on the pattern spacing. By fabricating 3D submodule with DSSC cells with patterned photo-anode have shown 7.2% efficiency, which is over 40% enhanced value compared to that of conventional DSSC submodule, which have shown 4.5% efficiency. By experimental simulation of sun light movement for one-day by changing incident angle from parallel to module to vertical to module, it is measured that total electricity production is improved by over 40% by applying 3D structured sub-module and patterned photo-anode. It is expected that above principles can be applied to other types of thin film solar cells and form base design concept for the urban application of photovoltaics.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• S U M M A R Y ... 6
• C O N T E N T S ... 7
• 목차 ... 8
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 가. 연구개발 기술의 개요 ... 9
• 나. 해결하고자 하는 핵심 문제(기술적 측면) ... 9
• 다. 문제점의 해결 방법 ... 10
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 11
• 가. 지적재산권 현황 및 회피 전략 ... 11
• 나. 국내외 기술 수준 현황 ... 11
• 다. 과제 연구팀의 기술수준 ... 12
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 13
• 가. 태양전지 입사각 출력 비선형도 측정 ... 13
• 나. 염료 감응형 태양전지의 입사각-출력 비선형성 분석 ... 13
• 다. 염료 감응형 태양전지 3차원 구조 서브모듈 제조 ... 16
• 라. 염료 감응형 태양전지 광전극 패턴을 이용한 효율 및 비선형성 개선 ... 18
• 마. 염료 감응형 태양전지 3차워 구조 모듈의 전력 생산 특성 평가 ... 23
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
• 가. 연구개발 최종목표 ... 26
• 나. 당해연도 목표 대비 달성도 ... 26
• 다. 경제성 및 파급효과 ... 26
• 라. 공익성 및 기타 사회적 기여성 ... 27
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 28
• 제 6 장 참고문헌 ... 29
• 끝페이지 ... 30