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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 15
제1절 화합물/실리콘 다중접합 태양전지 개요 15
제2절 화합물/실리콘 다중접합 태양전지 기술 개발 동향 16
1. 국외기술개발 현황 16
2. 국내기술개발 현황 25
제2장 연구목표 27
제3장 연구결과 28
제1절 연구개발 이슈 정립 28
제2절 다중접합 태양전지 시뮬레이션 35
제3절 상부 페로브스카이트 태양전지 기술 39
1. 고품위 페로브스카이트 흡수층 제조 연구 39
2. 페로브스카이트 흡수층내 결함 패시베이션 연구 42
3. 반투명 페로브스카이트 태양전지 고효율화 연구 45
제4절 하부 실리콘 태양전지 기술 49
1. 개방전압 향상을 위한 실리콘 태양전지 재결합 특성 최적화 49
2. 탠덤 태양전지 제조를 위한 하부셀 공정 최적화 51
3. 하부 태양전지 특성 평가 54
제5절 페로브스카이트/실리콘 다중접합 태양전지 기술 58
제4장 결론 60
참고문헌 61
〈표 2-1〉 연차별 핵심 기술 목표 27
〈표 3-1〉 피라진 처리에 따른 최고 효율 태양전지의 특성 45
〈표 3-2〉 1Sun 상태에서 실리콘 태양전지의 광전류-전압 특성 54
〈표 3-3〉 하부 실리콘 태양전지의 수광 방향에 따른 광전류-전압 특성 57
[그림 1-1] 단일접합 태양전지의 한계 및 다중접합 태양전지 개념도 16
[그림 1-2] 기계적 스택 구조의 CGS/CIGS 탠덤 태양전지 17
[그림 1-3] 효율 8.5%의 CGS/CIGS 탠덤 태양전지 17
[그림 1-4] 4단자형 CIGS/SI 태양전지 이론 연구 18
[그림 1-5] 2단자형 모노리틱 CIGS/SI 태양전지 이론 연구 19
[그림 1-6] 최초의 2단자형 모노리틱 Perovskite/SI 구조 및 선도기관 연구결과 20
[그림 1-7] CsFA 페로스카이트/실리콘 이종접합 기반의 고효율 탠덤 태양전지 21
[그림 1-8] 전, 후면 모두 텍스처된 실리콘 이종접합 셀 기반의 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지 22
[그림 1-9] 상부셀에 텍스처된 foil을 적용한 페로스카이트/실리콘 이종접합 기반의 고효율 탠덤 태양전지 23
[그림 1-10] imec에서 개발 중인 4단자형 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지 24
[그림 1-11] SAM 분자를 이용한 23.26% 효율의 모놀리틱 Perovskite/CIGS 탠덤 태양전지 24
[그림 1-12] 2단자형 모놀리틱 CIGS/Si 태양전지 국내 연구 결과 25
[그림 1-13] 상 : 3-terminal Perovksite/Si monolithic tandem cell(Joule. 2019, 3, 1),... 26
[그림 3-1] 다중접합 태양전지 구조별 기술 이슈 : 상부셀, 하부셀 및 소자 시뮬레이션 28
[그림 3-2] 다중접합 태양전지 상부셀 관련 기술 이슈 29
[그림 3-3] 다중접합 태양전지 하부셀 관련 기술 이슈 30
[그림 3-4] 하부셀 전류 향상과 관련된 선진기관들의 연구 결과 31
[그림 3-5] 하부셀 관련 연구 방향 32
[그림 3-6] 소자 시뮬레이션 관련 기술 이슈 33
[그림 3-7] 본 연구의 개발 이슈 정리 34
[그림 3-8] 개별 단일 접합 태양전지 시뮬레이션 결과 35
[그림 3-9] 4단자형 시뮬레이션 모델 및 상부셀 밴드갭에 따른 탠덤 태양전지 효율 변화 36
[그림 3-10] 2단자형 시뮬레이션 모델 및 광학 특성 개선에 의한 효율 상승 시나리오 37
[그림 3-11] 2단자형 시뮬레이션 모델 및 전압 상승에 의한 30% 효율 달성 시나리오 38
[그림 3-12] 양이온성 염화물 첨가제의 종류 및 첨가량에 따른 결정성 39
[그림 3-13] 양이온성 염화물 첨가제의 종류에 따른 광흡수도 및 캐리어수명 40
[그림 3-14] MACl 첨가량에 따른 페로브스카이트 표면의 전자현미경 사진 40
[그림 3-15] 첨가제의 종류 및 첨가량에 따른 태양전지 특성 41
[그림 3-16] 최적화된 첨가제를 적용한 태양전지의 효율 및 양자효율 41
[그림 3-17] 피라진의 후처리 공정에 의한 페로브스카이트 광흡수층의 결함 제어 42
[그림 3-18] 피라진 후처리 공정에 의한 페로브스카이트 광흡수층의 표면 및 계면 결함 제어 모식도 43
[그림 3-19] (좌)피라진 농도에 따른 페로브스카이트 광흡수층의 표면 전자현미경 사진 43
[그림 3-20] 피라진 농도에 따른 (좌) steady-state (우) time-resolved photoluminescence 그래프 44
[그림 3-21] 피라진 농도에 따른 (좌)개방전압 분포도 (우)최고 효율 태양전지의 J-V 그래프 45
[그림 3-22] 스퍼터 파워 조건에 따른 ITO 박막 모습과 페로브스카이트 태양전지의 J-V 그래프 및 성능지표 46
[그림 3-23] 정공수송층, MoOx 버퍼층 aging 효과 및 MoOx 두께와 소자 열처리에 따른 셀 효율 변화 47
[그림 3-24] 3차년도 반투명 페로브스카이트 태양전지 고효율화 연구 결과 48
[그림 3-25] B도핑된 에미터에 SiO₂를 패시베이션층으로 적용했을 때의 implied Voc 50
[그림 3-26] B도핑된 에미터에 Al₂O₃를 패시베이션층으로 적용했을 때의 implied Voc 50
[그림 3-27] P도핑된 후면전계에 SiO₂를 패시베이션층으로 적용했을 때 implied Voc 51
[그림 3-28] 하부 태양전지의 공정도 52
[그림 3-29] 하부 태양전지의 공정에 따른 photoluminscence 이미지 53
[그림 3-30] 하부 태양전지의 공정에 따른 minority carrier lifetime 과 implied Voc 54
[그림 3-31] 1Sun 상태에서 실리콘 태양전지의 emitter 쪽과 BSF 쪽으로 수광하였을 때 태양전지 광전류-전압 특성 55
[그림 3-32] 하부 실리콘 태양전지 특성 평가를 위한 측정법 55
[그림 3-33] 하부 태양전지 전후면의 (좌)광전류-전압 특성 (우)필터 유무에 따른 양자효율 특성 57
[그림 3-34] 후면 반사광 조건에 따른 상부셀/하부셀 전류밀도 변화 58
[그림 3-35] 후면 반사광 조건에 따른 상부셀/하부셀/4단자 다중접합 셀 효율 변화 59