화합물 태양전지

소개

화합물 태양전지의 기본 원리 및 구조 그리고 대표적인 CuInSe 화합물 태양전지의 원리 및 구조를 설명하는 발표자료입니다. 기본 배경에 충실한 내용으로 쉽고 그림을 위주로 설명한 내용으로 이해가 쉬우면, 참고 문헌또한 첨부되어 있습니다.

목차

태양 전지의 종류

태양 전지의 원리

CuInSe2 의 구조

실리콘과 화합물 태양전지의 비교

본문내용

태양 전지의 종류
Fig. 1 반도체 소재에 따른 태양전지의 분류
고효율(25~30%) , 고비용과 복잡한 공정
상용화된 실리콘 태양전지, 저효율 (15~20%)
최초의 박막형,
저효율 (10~12%)
1eV 의 밴드갭,
15~20%의 효율
1.45 eV 의 밴드갭
용이한 물질의 합성
30% 이상의 고효율
고비용 (Ga의 희소성)
태양 전지의 원리
접합 전
접합 후
접합 전- p-와 n-type의 각각의 평형 에너지 밴드를 나타내고 있다.
접합 후- p-와 n-type의 Ef 는 일정하게 유지 되고 Ec와 Ev 가 휘고
depletion layer가 형성 내부 전계가 발생(전자; pn , 전공; np)
태양 전지의 원리
빛에 의한 태양전지의 작동
빛에 의한 excess carrier 발생
n-type 에서의 minority carrier 인 전공이 p-type으로 이동
반대로 p-type 에서의 전자가 n-type으로 이동
공핍 영역의 전계에 의한 Drift
각 type 의 majority carrier 는 전계(전기장)에 의해 반대 type로 이동이 불가 (확산에 의한 이동 불가)
광기전력 발생
효율을 결정짓는 인자
개방 전압(Voc) - 개방된 상태에서의 전위차
최대의 전압
단락 전류(Isc) - 외부저항이 없는 상태에서 빛을 받았을 때 나타나는 전류밀도
최대의 전류
효율을 결정짓는 인자
곡선 인자(Fill Factor)-개방 전압과 단락 전류의 곱에 대한 출력의 비
Area A < Area B
최대 효율은 Isc 와 Voc가 최대가 되야 한다
최적의 밴드갭 1.45 eV
CuInSe2 의 구조
Substrate(Glass)
소다회 유리가 사용
저 비용
Na+ 가 확산되어, CIS(CuInSe2)의 결정립 성장, 표면형상이 개선 그리고 정공의 밀도가 높아진다.
태양 전지의 특성 향상
Back contact (배면 전극)
Mo가 사용
높은 전기전도도
CIS 에 접촉성이 좋고 Se 분위기에 안정
낮은 열팽창 계수 차이
CuInSe2 의 구조
광흡수층(CuInSe2 ; p-type)
1.04 eV의 밴드갭
높은 단락전류(Isc), 낮은 개방전압(Voc)
효율 저하
In 의 일부를 Ga 로 또는
Se를 S로 대체 함으로 밴드갭 조절 가능
( CuGaSe2 약 1.5eV 의 밴드갭)
Ga, S, Na(glass 로 부터 확산) 를 포함
최대 6원계 화합물
복잡한 제조 공정
CuInSe2 의 구조
Buffer layer (CdS)
p-type CuInSe2 와 n-type ZnO 사이 높은 격자 상수 차이
양호한 접합을 위한 layer
2.42 eV 밴드갭
Window layer (ZnO ; n-type)
3.3 eV 밴드갭
투명 전극의 역할
높은 광투과율 (80%)
낮은 전기저항 (10-4 Ωcm) Al, B doping
CuInSe2 의 구조
방사 방지막과 전극

참고자료

· 태양전지 원론-이재형, 임동건, 이준식 공저
· Semiconductors for solar cells-Hans joachim Moller
· Physics of solar cells- Peter Wurfel
· 반도체 소자공학- 박창엽, 이상렬, 이영희, 송준태, 이덕출, 김태성, 박태곤
· W. D. Johnston, Jr. And W. M. Callahan, Appl. Phys. Lett. Vol 28 (1976) p. 150