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고 효율 태양전지를 위한 투명 전도산화막

전문가 제언: ○ 전력변환 효율이 높은 태양광 시스템은 우선 고효율의 솔라 셀이 선결조건이다. 그러나 고효율의 전력변환장치는 솔라 셀에 입사되는 태양광 에너지와 변환된 전기 에너지의 손실을 최소화하는 시스템이 되어야 완성된다. 이 같은 요구를 충족시키기 위한 장치가 높은 홀(Hall)이동도를 갖는 투명 전도산화막(HMTCO, high mobility transparent conducting oxide)이다. 말 그대로 높은 전기전도도를 가지면서도 대부분의 태양광 스펙트럼(80%)을 투과시킴으로써 입사되는 태양광을 최대한 전기로 바꿀 수 있게 한다.

○ HMTCO는 효과적으로 태양광을 투과시키고 우수한 전도성을 구현하기 위한 광학적, 전기적 특성은 물론이고 친환경적 요소도 함께 충족시키면서 솔라 셀과 굴절률 정합도 고려해야 하기 때문에 단순한 솔라 셀 보호막이 아니다. 넓은 스펙트럼 영역의 태양광을 통과시키기 위해서 밴드갭이 넓은 반도체를 사용해야 할 필요가 있으며, 전기전도도를 높이기 위해서 물질의 캐리어 밀도, 도핑원자의 크기, 주입 에너지 등을 고려해야 한다.

○ 광전변환효율이 높은 솔라 셀을 위한 HMTCO는 우선 밴드갭이 3.0eV 이상인 반도체를 이용할 필요가 있다. 또 고체 고용도의 포화한계가 있기 때문에 캐리어 밀도는 1020cm-3보다 크게 할 수는 없고, 이에 대하여 비저항이 10-3Ωcm보다 더 적게 하기는 곤란하므로 이 값을 한계 값으로 하여 홀이동도(Hall mobility) 값을 계산하면 62.5cm2V?1s?1이 나온다. 이 값은 HMTCO의 전도도를 평가하는 기준으로 쓰인다.

○ 증착기술의 발달로 In2O3 박막과 CdO 박막은 대부분 62.5cm2V?1s?1보다 높은 이동도를 보였다. 특히 PLD(pulse laser deposition)법으로 증착한 In2O3 박막은 358cm2V?1s?1를, MOCVD법으로 증착한 CdO 박막은 202cm2V?1s?1의 이동도를 보였다. 지금은 In이나 Cd기반 HMTCO보다 값 싸고 환경적인 HMTCO를 개발하는 것이 과제이다. 이 리뷰는 고효율 태양광 솔라시스템 제작에 관심 있는 연구자 여러분에게 유익한 길잡이가 될 것으로 기대하며 추천한다.

저자: S.Callan et.al.
자료유형: 학술정보