최고 이론효율의 태양열광전지(Solar Thermophotovoltaics)

전문가 제언

일반적인 태양전지는 넓은 태양광 스펙트럼 중에서 일부만 받아들여 전기로 전환한다. 따라서 일부 과학자들은 태양전지의 개량보다는 태양광 자체의 성질을 광전소자에 맞도록 변경하는 쪽이 전지효율 향상에 도움이 된다고 생각하였다. 그런 개념에 입각하여 1997년 Richard Swanson은 태양광과 광전지 사이에 중간소자를 설치하여 입사 태양광의 성질을 바꾸는 태양열광전지(Solar Thermophotovoltaics: STPV)를 제안하였다. 중간소자는 모든 주파수의 입사광을 열로 전환시킨 후 아래층의 광전지가 받아들일 수 있는 일정한 밴드의 열에너지로 바꾸어 방사한다. 이 설계의 근본적 장점은 거의 모든 태양에너지를 전기로 전환시킨다는 것이지만, 유감스럽게도 지금까지 이런 장치의 효율은 기대에 훨씬 못 미치는 1% 미만을 기록하였을 뿐이다. 그러나 최근 MIT의 Wang 등(Nature Nanotechnology, 9, 126, 2014)은 3.2%의 효율을 나타내는 STPV 장치를 선보임으로써 이 시스템에 대한 흥미를 되살렸다.

 

일반적 단일접합 태양전지(Single-Junction Solar Cell: SJSC)는 고정된 전자 밴드 갭을 가진 반도체 층을 통하여 흡수한 빛을 전기로 전환한다. 태양광은 낮은 에너지부터 높은 에너지까지 광범위한 주파수의 광자들로 이루어져 있다. 그중 밴드 갭보다 높은 에너지의 광자들은 흡수되어 전자-양공 쌍을 발생시킴으로써 광전 전환에 기여하지만, 그보다 낮은 에너지의 광자들은 흡수되지 못한 채 손실되어 버린다. 그러나 광자의 에너지가 밴드 갭보다 크게 높을 경우에도 그 에너지는 전부 전기로 전환되지 못한다. 즉, 그런 광자들은 빠르게 밴드 갭 상단 에너지 수준으로 이완되어 초기 에너지의 일부를 잃어버린다. 이 두 가지의 본질적 손실 메커니즘이 SJSC의 최고 효율을 41%로 제한하는 소위 Shocklet-Queisser(SQ) 한계를 설정한다.

저자

Shanhui Fan

자료유형

연구단신

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

9()

잡지명

Nature Nanotechnology

과학기술
표준분류

재료

페이지

92~93

분석자

심*주

분석물

• 최고 이론효율의 태양열광전지(Solar Thermophotovoltaics).pdf [266,847 byte]

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