태양전지(cell)에 대해서
안녕하세요. 태양광 윤대리입니다. 오늘은 태양전지 셀에 대해서 알아보고자 합니다.
목차
1. 태양전지 , 태양광 모듈 구조
2. 태양전지 종류
1. 태양전지 , 태양광 모듈 구조
(1) 태양광 모듈 구조
↓
201 : 태양전지 셀 / 202 : 금속리본 / 203 : 금속리본
↓
(2) 태양전지 셀 구조
우리가 흔하게 보는 셀의 단면입니다.
실제로 실리콘 태양전지를 간단하게 아래처럼 설명할 수 있습니다.
└출처 : 썬랩
핑거바는 전면 전극을 의미합니다.
버스바(Bus bar) 와 리본의 차이점에 대해서 설명드리겠습니다.
※ 리본과 버스바 구분
버스바 > 리본
버스바와 리본은 다른 개념이지만, 따지고 보면 버스바가 조금 더 큰 범위 입니다.
리본은 단순히 리본모양의 납땜용 알루미늄입니다. 셀과 셀을 전기적으로 이어주는 역할입니다.
리본과 리본사이를 이어주는 것은 버스바이며, 가장자리에서 회로를 이어주는 것도 버스바입니다.
따라서, 리본은 위 그림으로 비교하면 회색을 의미하고, 버스바는 회색, 빨간색, 검은색 모두 의미합니다.
버스바는 많을수록 좋습니다.
micro crack을 최소화 할 수 있기 때문입니다.
5BB는 버스바가 5개인 셀입니다.
MBB는 멀티버스바 라고 해서 훨씬 많은 버스바로 구성된 셀을 의미합니다.
└알아보기) micro crack이란?
└출처 : HEADLINE
2. 태양전지 종류
(1) 실리콘 태양전지
(2) 페로브스카이트 태양전지
▽ 태양전지는 아래와 같이 구분되어 있습니다.
우리는 가격,성능 면에서 실리콘반도체를 사용하고 있으며,
특수한 장소(ex)인공위성, 특수건물 등) 에서는 화합물계 제품도 사용하고 있습니다.
오늘은, 가장 많이 사용되고 있는 (1) 단결정 실리콘 태양전지와,
현재도 높은 효율과, 준수한 생산비용으로 지속 연구 중인 (2) 페로브스카이트 태양전지에 대해서 알아보겠습니다.
(1) 실리콘 태양전지
실리콘은 규소를 의미합니다. 불순물을 첨가하여(도펀트처리) 전기전도도를 향상시키고,
pn접합으로 태양전지를 설계합니다. 광전효과에 의해 전위차를 발생시키는 원리입니다.
물론 실리콘 태양전지 명칭 이외에 화합물계, 유기계에서도 실리콘을 일부 이용하여 설계하는 경우도 많습니다.
실리콘 태양전지는 ①단결정 태양전지 ②다결정 태양전지 로 구분됩니다.
두 가지 방식은 공정에서 큰 차이를 보이며, 효율 또한 차이가 발생합니다.
①단결정 태양전지
단결정은 결정질을 의미합니다.
실리콘 원자의 배열이 규칙적이고 일정하여 전자 흐름에 대한 방해가 없습니다.
따라서 19~20%의 높은 변환효율을 보입니다.
제조방법은 다결정에 비해 까다롭습니다. 따라서 다결정에 비해 가격이 비쌉니다.
초크랄스키법과 같은 특수 제조공정이 요구됩니다.
규소를 높은 온도로 녹여 고순도의 실리콘 용액으로 만듭니다. 여기에 결정을 넣고 천천히 돌리면서 틀을 들어올립니다.
여기서 성장된 단결정 잉곳을 쏘우 머신을 이용해 균일한 두께로 절단합니다.
여기서 단결정과 다결정의 외형 차이가 발생합니다.
잉곳을 만드는 틀이 동그란 구형이기 때문에, 단결정 태양전지는 모서리가 각져있습니다.
구형의 모습에서 최대한 깎아내지 않고 모듈을 구성하는데 최적화된 모양을 형성한 것입니다.
②다결정 태양전지
다결정은 비정질을 의미합니다.
실리콘 원자의 배열이 균일하지 않아 전자 흐름이 원활하지 못하여 효율이 더 낮습니다.
16~17%의 변환효율을 보입니다.
단점은, 음영 발생 시 핫스팟으로 확대되는 가능성이 높습니다.
장점은, 온도차에 따른 발전량의 저하가 결정질보다 낮습니다. 따라서 적도지방과 같이 온도가 높은 지역에서는
효율적으로 사용이 가능합니다.
또한, 비정질은 휘어짐이 가능합니다. 따라서 이 특징을 이용하여 다결정 태양광을 기기에 접합시켜 사용이 가능합니다.
제조방법은 간단합니다. 따라서 다결정에 비해 저렴합니다.
열을 올려 실리콘을 용융시킵니다. 틀에 도포하여 식힌 뒤, 쏘우머신으로 잘라내면 완성됩니다.
제조방법이 단순하기에 도포가 가능합니다.
(2) 페로브스카이트 태양전지
페로브스카이트란 명칭은 우랄 산맥에서 발견된 calcium titanium oxide(CaTiO₃)광물을 발견한 광물학자,
L. A. Perovski의 이름을 따서 지어졌습니다.
페로브스카이트 물질이란, CaTiO₃와 동일한 결정 구조의 물질을 통칭합니다.
과거 염료감응형 태양전지에 속하였으나, 이후 박막기술을 활용한 연구단계에 있습니다.
과거 액체 전해질을 이용하여 연구가 진행되었으나, 장기안정성의 문제를 해결하지 못했었습니다. 성균관대 박남규 교수 연구팀은 액체 전해질을 고체 홀전도체로 대체하였고, 500시간 이상의 안정성을 띄게 하였습니다. 뿐만 아니라, 9%의 변환효율에서 20%가 넘은 효율까지 끌어올렸으며, 아직도 R&D를 통해 효율을 끌어올리고 있습니다.
하지만, 그 이후 안정성의 문제가 남아있었습니다. 페로브스카이트 태양전지는 56도 이상의 환경에서 상변이가 일어나는 문제가 있습니다. 뿐만 아니라 습도에 대해서도 취약합니다.
이 문제를 해결할 경우, 상용가능한 고효율 태양전지를 사용할 수 있을 것입니다.
현재도 R&D가 활발히 진행되고 있는 분야입니다.
└참고 : 페로브스카이트 태양전지 저자 : 이진욱 박남규 Click!
이상으로 블로그를 마치겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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