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고효율 양자 탠덤구조 태양전지

전문가 제언: ○ 다중접합 실리콘 박막 태양전지인 탠덤(Tandem) 태양전지는 비정질 실리콘 박막 태양전지인 단일접합 태양전지에 결정질 실리콘 태양전지를 접합하여 효율을 향상시키는 태양전지이다. 우리나라의 LG전자는 최근에 5세대 유리 기판에 비정질 실리콘 박막을 얹고 그 위에 다결정 실리콘 박막을 한 겹 더 증착하는 이중접합의 탠덤 방식으로 세계 최고의 광전 변환효율인 11.2%의 박막 실리콘 태양전지를 개발한 바 있다. LG 전자는 2010년에 이중접합 박막 태양전지의 양산을 검토하고 있고 삼중접합 고효율 박막 태양전지를 개발하고 있다.

○ 현재의 단일접합 태양전지는 밴드 갭(band gap)보다 큰 장파장의 태양에너지를 흡수하지 않고 통과시키고 밴드 갭보다 짧은 단파장의 복사에너지만 흡수하여 발전에 기여하기 때문에 밴드 갭보다 큰 에너지는 열로 변하여 소실된다. 그러므로 태양전지의 광전 변환효율을 증가시키기 위해서는 파장대역별로 태양광 복사에너지를 흡수하여 변환할 수 있도록 밴드 갭에 따라 다층구조로 설계하여 제조해야 한다.

○ 태양전지는 모두 광전 변환효율에 따라 우수성이 결정되므로 제조방법과 재료에 따라 달라지며, 또한 재료에 따라 반도체 태양전지와 유기물 태양전지로 구분한다. 현재 상용화되어 있는 태양전지는 실리콘 태양전지와 차세대 연구 분야로 각광을 받고 있는 염료감응 태양전지, 유기 고분자 태양전지 등이 있다. 반도체 태양전지는 저비용과 고효율을 위해 매우 다양하게 연구되고 있으며 소재와 제조기술이 다양하다.

○ 소재는 실리콘 계열과 화합물 계열로 나누어지며 실리콘 계열 중에는 형태에 따라 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 나누어지고 화합물 계열은 화합물의 원소조합에 따라 여러 가지가 있다. 박막형태 태양전지는 태양광을 흡수하는 실리콘 기판과는 달리 유리, 금속, 플라스틱 등의 저가 재료로 기판을 만들어 그 위에 실리콘을 얇게 성장시키는 방식을 이용한다. 이 자료도 이러한 박막 양자 탠덤구조의 태양전지에 대한 연구결과를 서술하고 있으며, 우리나라의 태양전지 개발에 참고가 될 것으로 사료된다.

저자: Masakazu Sugiyama etc.
자료유형: 학술정보