태양전지용 나노구조

전문가 제언

○ 여러 재생에너지 기술 중 에너지 소스가 무궁무진한 태양전지 기술이 가장 인기를 끌고 있다. 태양전지는 Si 반도체 기술발전에 힘입어 1세대의 Si 벌크 태양전지가 가장 먼저 개발되었다. 값비싼 Si 등의 원가절감을 위해 저렴한 기판에 박막의 활성층을 증착한 2세대 박막태양전지가 실용화 되고 있다. 새로운 띠 구조나 에너지변환에 의해 단일접합보다 고효율을 추구하는 3세대의 연구개발단계의 태양전지가 태동 중이다.

○ 이 글에서 미국 General Electric의 Loucas Tsakalakos는 Si 및 박막 표준태양전지의 현황을 설명하고 고효율 달성의 개념을 고찰하였다. 다음에 무기물의 나노구조를 태양전지에 적용하는 기술을 소개하였다. 태양전지에 적용된 나노구조를 다음과 같이 나누었다. 3차원의 나노복합체, 2차원의 양자우물(QW), 1차원의 나노와이어 및 나노튜브 그리고 0차원의 나노입자 및 양자점의 네 유형이다. 이로써 유기분야를 제외한 태양전지 전체에 대한 개괄적인 개념을 명료하게 기술별로 소개하고 있다.

○ 현재 단일접합의 Si 태양전지 변환효율은 이론적 한계인 31%에 근접한 25%가 시연되었으나 고가이므로 효율 14~17%의 모듈로 상업화되었다. 박막태양전지 중 CdTe 시스템의 효율은 실험실 16.5%, 모듈 11%를 보이고 CIGS 전지시스템에서 효율은 실험실 19.9%, 모듈로 최고 12%에 달한다. 무정형 실리콘의 효율은 ~8%를 보이나, 탠덤형은 ~13%에 달한다.

○ 3차원 나노구조의 DSC용 TiO2 나노구조는 모듈 효율 ~6.3%까지 보이고, MOCVD 등을 이용하여 화합물 반도체를 교대로 정밀 성장시킨 2차원의 양자우물은 고가이므로 우주용 등에 국한된다. 긴 1차원의 나노와이어는 양호한 전하 전도층의 탁월한 성능을 보였다. 탄소나노튜브는 이상적인 p-n접합을 이루고 고분자 매트릭스에서 효율을 크게 향상시켰다.

○ 0차원의 양자점과 나노입자는 한 광자로부터 여러 여기자 생성(MEG)을 시연하여 변환효율의 혁명적 상승가능성을 보이고, 흡수되지 못하는 광자의 에너지변환에 시도되었다. 중간 띠구조나 플라즈몬 구조 등도 보여주고 있다. 태양전지를 위한 나노구조는 많은 난제를 가져 계속적 연구가 필요하지만 태양전지의 원가절감 및 효율향상에 기여할 가능성은 무궁무진하다.

저자

Loucas Tsakalakos

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2008

권(호)

62(6)

잡지명

Materials Science and Engineering: R: Reports

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

175~189

분석자

변*호

분석물

• 태양전지용 나노구조.pdf [425,781 byte]

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