태양전지 효율
태양 전지 하면 빠지지 않는 말이 있습니다. '효율'입니다.
효율 관련 정리한 글은 바로 아래 링크에 있습니다. 다양한 태양 전지의 효율 '표'가 그려져 있습니다.
2022.10.04 - [전자공학/Solar cell] - 2. 태양전지의 종류와 효율 (결정형, 박막형, 유기 태양전지)
2. 태양전지의 종류와 효율 (결정형, 박막형, 유기 태양전지)
2022.10.04 - [전자공학/Solar cell] - Intro-1) 태양전지 TMI편 (feat. 넓고 얕은 지식) Intro 1에서 단결정, 다결정 태양전지에 대해서 구분하는 방법을 잠깐이나마 말씀드렸습니다. Intro-1) 태양전지 TMI편 (feat
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Si 태양전지의 현재 최대 효율은 26.7%입니다.
즉, 100의 태양빛이 들어가면, 26.7의 전기가 나온다고 생각하면 됩니다.
더군다나 시중의 태양전지는 18 ~ 20% 인데요, 왜 많은 사람들이 효율에 대해 말이 그렇게 많을까요?
답은 cost입니다.
만약 효율 40짜리 태양전지를 만든다고 하면, 기존의 효율 20짜리 태양전지 2개를 갖고 있는 것과 마찬가지입니다.
효율 40짜리 태양전지를 만드는 재료비가 효율 20짜리 태양전지 2개 값보다 싸면, 무조건 이득이겠죠? (환경오염만 안 되면야..)
근데 왜 태양전지는 효율이 20 퍼밖에 안 될까요?
태양전지 발전 동향
태양전지 블로그나 논문에 무조건 들어가는 사진입니다.
혹시 주황색(노란 원) 선 끝자락 보이세요? 페로브스카이트 발전 동향입니다.
현재 각광받는 신소재 태양전지이지요.
요즘 가장 핫한 태양전지의 연구 효율 1등이 UNIST에서 만든 소자입니다.
저 보라색 라인은 엄청 비싸요. 인공위성 등 우주에서 쓰입니다.
현재 지구에서 '상용화'가 가능한 선은 파란색, 초록색, 주황색 선입니다.
근데 아무래도 효율이 많이 낮죠??
왜 효율이 낮은지 말씀드릴게요.
태양전지 효율 감소 원인
효율을 감소시키는 원인은 크게 2가지 있습니다.
1. Optical loss
2. Electrical loss
Optical loss
Optical loss는 내부에 전자-정공쌍도 못 생성시키고 손실되는 태양광을 말합니다.
태양광은 수많은 wavelength의 빛이 포함되어있습니다.
1. Long wavelength loss
전자-정공 쌍은 '광전효과'라고 했죠. 물체의 에너지 밴드갭보다 큰 에너지의 빛이 조사되었을 때 전자-정공 쌍이 형성된다고 했습니다. 그럼 빛 에너지가 에너지 밴드갭보다 작으면요? 파장이 긴 빛이 조사되면 그냥 '통과'해 버립니다.
2. Short wavelength loss
에너지가 또 너무 크면, 초과된 에너지는 '열'로 나와 에너지 손실이 생깁니다.
1, 2번을 통해, 최적의 에너지 밴드갭을 가진 소재를 파악하여야 합니다.
어차피 손실은 무조건 일어나니까요. 최적의 에너지 밴드갭은 1.4eV 근방이라고 합니다.
우주용으로 쓰이는 GaAs의 태양전지 기억하시나요? GaAs의 밴드갭과 거의 유사함을 알 수 있었죠.
3. Shadowing loss
Front 전극에서 태양광을 반사시켜 손실이 발생되기도 합니다.
4.Surface reflection loss
표면 반사에 의해서 손실이 발생되기도 하지요. 이를 방지하고자 Passivation을 시켜 Anti reflection coating을 합니다.
5. 각종 먼지들
태양전지를 장기간 사용할 수록 먼지가 달라붙어 효율이 크게 저하됩니다. 연구용과 상업용의 효율이 크게 다른 이유 중 하나이겠죠.
그 MIT가 또 한 건을 해냈습니다. 먼지가 저절로 떨어지는 태양전지를 개발했다고 하죠..
Electrical loss
Electrical loss는 내부에 전자-정공쌍을 생성시키고 난 후에 손실되는 태양광을 말합니다.
1. Fill factor로 인해 생기는 특성 저항
Diode 특성상 '특성 저항'이 생겨, 저항 성분으로 인해 전자-정공 쌍이 손실됩니다.
2. 계면 저항, 반도체 저항, 금속 저항 등 다양한 저항
3. 전자-정공쌍의 재결합
전자-정공 쌍 형성 뒤에 재결합이 일어나면, 전자-정공 쌍이 생기지 않은 것과 다름이 없겠죠..??!
이렇게 Optical loss, Electrical loss로 인해 계속 없어지고 없어지며 효율이 좋을 수 없는 태양전지가 탄생되는 것입니다.
효율 저하의 요인이 정말 많습니다..
공학자들은 이 loss 요소를 확실하게 파악을 해서 규명을 하고 좋은 아이디어를 통해 효율을 높이고 있습니다.
예를 들어 heterostructure을 도입시킨다거나, 파장 변환 기술을 이용한다거나요.
물론 신소재, 유기 태양전지도 열심히 연구를 하고 있죠.
Si 소재의 '이론적 한계치'는 30%라고 생각하고 있습니다. (에너지 밴드갭이 1.12eV이기 때문입니다.)
아래 그림은 에너지 밴드갭 별 최대 효율을 나타난 그래프입니다.
이상 태양전지 포스팅을 마치겠습니다.
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