HOME > Community > Gallery

양면접촉 실리콘 태양전지의 새로....

목록
프라운호퍼 태양에너지시스템(The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems) ISE가 실리콘 태양전지 효율의 새 기록을 달성했다. 최초로, 양면접촉 실리콘 태양전지에서 25.1퍼센트의 효율이 측정되었기 때문이다. 어떠한 패터닝 없이도 간단히 후면 접촉을 가지는 이런 종류의 태양전지는 입사되는 햇빛의 4분의 1을 전기로 바꾼다. 태양전지 후면에 대한 이 새로운 개념은 효율을 더욱 증대시킬 가능성이 크다.

프라운호퍼 ISE가 달성한 이 기록은 지금까지 양면접촉 실리콘 태양전지에서 달성된 가장 높은 효율이다. 양면접촉 실리콘 태양전지의 경우, 앞면과 뒷면 양쪽에 금속 접점을 가진 것이 특징이다. 25.1퍼센트 효율의 이 태양전지는 전면적 부동태화 후면접점(full-area passivated back contact)이라는 새로운 개념을 특징으로 한다. “지금까지는 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서 점점 더 복잡한 태양전지 구조에 초점이 맞춰져 왔다. 우리의 새로운 개념의 가장 큰 장점은 이제는 패터닝 없이도 태양전지 뒷면의 전체 표면에 접점을 만들 수 있다는 것이다. 현재 사용되고 있는 가장 효율이 높은 태양전지와 비교할 때, 우리는 단순화된 제조공정과 가장 높은 효율을 동시에 제공한다”고 마틴 헬름(Martin Hermle) 박사는 말했다. 그는 프라운호퍼 ISE 고효율 태양전지 부서의 수장이다. 

프라운호퍼 ISE에 의해 개발된 이른바 TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact) 기술 덕분에, 금속 접점은 패터닝 없이 뒷면에 부착된다. 이 성과를 달성하기 위해서, 프라운호퍼 연구진은 다수 전하운반자는 통과할 수 있게 하고 소수 운반자의 재결합은 막는 터널 산화물(tunnel oxide)로 만들어진 선택적 부동태화 접점을 개발했다. 중간 부동태화층은 1~2나노미터로 줄여졌고, 그 결과 전하 운반자들이 터널링을 할 수 있다. 그 뒤에는 고농도 도핑된 실리콘 박막 코팅이 극도로 얇은 터널 산화물 층 전체 위에 증착된다. 이러한 새로운 층 조합 덕분에 태양전지에서 거의 무손실로 전류가 흘러나갈 수 있다.

태양발전 산업에서, 대다수의 태양전지는 알루미늄 합금 후면 접점이 뒷면 전체를 덮고 있다. 하지만 이런 종류의 접점은 효율을 제한한다. 따라서 현재 산업계는 태양전지 효율을 증가시키기 위해서 PERC(Passivated Emitter Rear Cell) 기술을 통합하도록 자신들의 생산을 새로 조정하고 있다. PERC 기술에서는 재결합을 줄이기 위해서 뒷면 위의 작은 면적만이 접촉된다. 하지만 PERC는 부수적인 패터닝 단계가 요구되고 실리콘 웨이퍼에서 전류의 전도 경로가 더 길다. 그러나 TOPCon 기술은 이러한 손실 메커니즘을 줄여 효율을 증가시킬 수 있는 접근방법을 제공한다.

“실리콘 태양전지의 효율을 증가시키기 위해서 우리는 TOPCon이라는 선도적인 기술을 개발했다. 25.1퍼센트 효율을 달성함으로써, 우리는 양면접촉 태양전지에 대한  진화적인 큰 발전으로 25퍼센트 한계를 넘어서고 후면접촉 태양전지에 대한 세계기록의 틈을 줄인 최초의 연구기관”이라고 스테판 글룬츠(Stefan Glunz) 교수는 말했다. 마틴 헬름은 TOPCon 개념을 약 3년 동안 연구해왔다. 연구팀의 과학자들은 이 기술을 이용하여 태양전지 효율을 지속적으로 증가시키는데 성공했으며, 최근 연구결과에서 그들은 25퍼센트 한계를 넘어섰다.

* 그림 : 태양전지
출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

Comments