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30% 효율의 GaInP/Si 탠덤 태양전지

전문가 제언: ○ 미국은 고성능 PV 프로젝트가 발족하여 기존의 태양전지보다 2배 이상의 성능향상 및 태양전지 시장의 활성화를 목적으로 고효율 다중접합 태양전지 연구가 진행되고 있다. 여기서 다중접합 III-V 화합물 반도체 태양전지를 중심으로 하는 집광형 태양전지 연구개발에 의해, 2020년까지 41% 셀 효율 및 33% 시스템 효율 실현을 목적으로 하며, 이러한 효율을 달성함으로써 집광형 태양전지 시스템 가격을 1$/Wp 이하로 실현하는 것을 목표로 하고 있다.

○ 이러한 미국의 에너지부(DOE: Department of Energy) 프로젝트는 현재 NREL이 주도하며, 9개 대학 및 기업 등이 참가하고 있다. 이 글도 미국 DOE가 주도하는 프로젝트의 일환으로 보인다. III-V족 화합물 반도체는 III족(In, Ga, Al)과 V족(As, P) 물질을 혼합하여 다양한 밴드 갭 에너지를 가지므로 다양한 흡수 대역의 태양전지 개발이 가능하다. 가시광대역(600nm) 이하 단파장 대역은 GaInP 박막이 사용되며 근적외선 대역(800nm) 이하에서는 InGaAs 박막을 사용하고, 적외선 대역(1,600nm) 이하에서는 Ge을 이용하고 있다.

○ III-V족 화합물 반도체를 이용하여 광 흡수 대역이 서로 다른 GaInP 태양전지와 InGaAs 태양전지를 Ge 태양전지 위에 적층하여 광 흡수 대역을 넓혀 태양광 흡수율을 최대화 할 수 있다. 이 글에서는 실리콘 바탕 셀을 도입하여 흡수율을 높이는 시도를 보인다. 또한 다양한 밴드 갭을 가지는 태양전지를 직렬 연결하여 한 번의 박막 증착 공정으로 넓은 흡수 대역을 갖는 효율 높은 다중접합 태양전지 제작이 가능하다.

○ III-V족 화합물 반도체 태양전지 연구는 ETRI, 나노 특화 팹센터(KANC), 한국광기술원(KOPTI)에서 활발히 연구하고 있다. ETRI와 KANC에서는 InGaP/InGaAs/ Ge 구조를 이용한 고효율 3중 접합 태양전지 개발을 하고 있으며, KOPTI에서는 Si 기판 위에 초저가 III-V족 화합물 반도체 태양전지를 연구하고 있다. KIST와 표준연구원에서는 각각 저 손실 집광용 광학계 개발과 양자점을 이용한 고효율 태양전지를 개발하고 있다.

저자: Stephanie Essig, et al.
자료유형: 니즈학술정보