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입사광 스펙트럼의 LDS(장파장 시프트 발광)에 의한 태양전지 성능향상

전문가 제언: ○ 태양전지의 발전비용은 아직 기존의 화석연료 사용법보다 높아 변환효율 향상이 목전의 연구과제가 되고 있다. 태양전지의 최대 손실은 기본 스펙트럼 손실이고 이에는 두 가지가 있다. 첫째는 디바이스 반도체 재료의 밴드 갭 에너지(Eg)보다 높은 에너지를 갖는 광자에서 유래한 전자가 전도대로 이완될 때 에너지가 열 손실로 소모되는 것이다. 둘째는 반도체의 밴드 갭보다 낮은 에너지의 광자가 흡수되지 못하는 것이다.

○ 태양스펙트럼 중 단파장에서의 낮은 외부양자효율(EQE)은 실리콘 태양전지 및 여러 박막태양전지에서 볼 수 있다. 단파장 활용향상 대책으로서 이 글은 단파장을 흡수하여 외부양자효율이 좋은 장파장으로 발광하여 셀에 입사시키는 발광재료를 이용하는 LDS 기술을 소개하고 있다. LDS 사용은 단락전류를 증가시켜 변환효율을 향상시킨다. CdTe 태양전지에서 LDS 효과가 가장 유망하다. CIS 및 고분자 태양전지 등 여러 태양전지에서의 적용 연구가 소개되고 있다. 밀봉재 EVA를 현실적 고분자 발광 막으로, 유기 형광염료를 발광 재료로 추천하고 있다.

○ 태양광의 스펙트럼 중 단파장 활용의 다른 방법으로 탠덤 셀 기술이 있으나 직렬연결에 의해 개방회로 전압은 증가되지만 단락전류 증가는 기대할 수 없다. 전류 저하를 막기 위한 여러 기술이 복잡하여 탠덤 셀에 의한 변환효율 향상은 실현이 어려워 보인다.

○ 국내에서 LDS 기술의 산업 적용 예는 안 보이나 LDS 특허출원에는 엘지전자(주)의 출원번호 10-2007-0137716(출원일자 2007.12.26)인 “형광체를 포함한 태양전지 모듈 및 그 제조 방법”이 있다. 내용은 특수 희토류 원소 도핑 무기 형광체의 발광재를 함유한 밀봉재 EVA를 발광 박막으로 이용하는 것이고 실리콘 태양전지가 대상으로 보인다. 자외선 투과도가 불량한 경제적 유리판을 사용하려는 태양전지 모듈용이다.

○ 해외 특허로는 우선권 주장 2007.07.17의 "WO2009011791 Photovoltaic device with a LDS material"이 보인다. 유기염료나 무기염료 인(P)의 발광 재를 사용하고 CIGS 태양전지를 대상으로 한다. 밀봉재 EVA를 사용한 경제적 LDS 기술이 태양전지 효율향상에 기여하기를 기대한다.

저자: Efthymios Klampaftis et al
자료유형: 학술정보