Exploring Solar Photovoltaic Cell Technologies and Innovations

태양광전지의 원리

1. **광자 흡수 및 전달:** 빛에 노출되면 밴드갭 폭보다 작은 에너지를 가진 광자는 흡수되지 않고 태양전지를 통과합니다.
2. **고에너지 광자의 에너지 손실:** 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자는 전자-정공 쌍을 생성하여 일부 에너지 손실을 유발합니다.
3. **전하 분리 및 이동:** 광생성 전하 캐리어의 분리 및 이동으로 인해 pn 접합 내에서 손실이 발생합니다.
4. **재결합 손실:** 광생성 캐리어의 운송 중에 재결합 손실이 발생합니다.
5. **전압 강하:** 출력 전압이 강하하여 접점 전압 손실이 발생합니다.

전기 손실 감소

1. 결정 구조가 좋은 고품질 실리콘 웨이퍼를 사용하십시오.
2. 이상적인 pn 접합 형성 기술을 개발합니다.
3. 최적의 패시베이션 기술을 구현합니다.
4. 효율적인 금속 접촉 기술을 사용하십시오.
5. 고급 프론트 필드 및 백 필드 기술을 활용하십시오.

광 손실 감소

광 손실을 최소화하여 셀 효율을 높이기 위해 반사를 줄이기 위한 표면 텍스처링, 전면 반사 방지 코팅, 후면 반사 코팅 및 더 작은 격자선 음영 영역을 포함한 다양한 광 트랩 이론 및 기술이 개발되었습니다.

TOPCon(터널 산화물 부동태화 접점)

TOPCon 태양전지는 PERC 기술 이후의 차세대 기술로 간주됩니다. HJT 및 IBC와 같은 다른 신흥 기술과 비교하여 TOPCon은 기존 PERC 또는 PERT 라인에서 더 낮은 자본 투자로 업그레이드할 수 있으며 약 1%의 효율성 향상을 달성할 수 있습니다.

TOPCon 태양전지의 구조

TOPCon 태양전지의 전면은 붕소(p+) 방출체, 보호층 및 반사 방지 코팅으로 구성된 기존 N형 또는 N-PERT 태양전지와 유사합니다. 핵심 기술은 초박형 실리콘 산화물층(1~2nm)과 인이 도핑된 미세결정질 혼합 실리콘 박막으로 구성된 후면 부동태화 접점에 있습니다. 양면 적용의 경우 전면에 Ag 또는 Ag-Al 그리드를, 후면에 Ag 그리드를 스크린 인쇄하여 금속화를 수행합니다.

터널 산화물 부동태화 접점

25.7%의 높은 변환 효율을 달성하는 TOPCon 구조는 얇은 터널 산화막과 인이 도핑된 폴리실리콘막으로 구성됩니다. 인이 도핑된 폴리실리콘 층은 a-Si:H를 결정화하거나 LPCVD를 사용하여 폴리실리콘을 증착하여 생산할 수 있습니다. 이는 TOPCon을 고효율 태양전지 기술의 유망한 후보로 만듭니다.

이종접합 기술(HJT)

이종접합기술(HJT)은 결정질 실리콘과 비정질 실리콘 박막 기술을 결합해 25% 이상의 효율을 달성한다. HJT 셀은 효율성과 전력 출력 측면에서 현재 PERC 기술을 능가합니다.

HJT 태양전지의 구조

HJT 셀은 단결정 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용합니다. 웨이퍼의 전면에는 고유한 a-Si:H 필름과 p형 a-Si:H 필름이 순차적으로 증착되어 pn 헤테로접합을 형성합니다. 뒷면은 고유한 n형 a-Si:H 필름으로 증착되어 뒷면 전계를 형성합니다. 투명 전도성 산화막을 증착한 뒤 스크린 프린팅을 통해 금속 전극을 증착해 대칭 구조를 완성한다.

HJT 태양전지의 장점

- **유연성 및 적응성:** HJT 기술은 기존 태양전지보다 낮은 온도 계수로 극한의 기상 조건에서도 탁월한 생산 능력을 보장합니다.
- **수명:** HJT 태양전지는 30년 이상 효율적으로 작동할 수 있습니다.
- **더 높은 효율성:** 현재 HJT 패널은 19.9%에서 21.7% 사이의 효율성을 달성합니다.
- **비용 절감:** HJT 패널에 사용되는 비정질 실리콘은 비용 효율적이며 제조 공정이 단순화되어 HJT가 더 저렴해집니다.

페로브스카이트 태양전지

2009년 처음으로 4% 효율을 달성한 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 2021년까지 효율 25.5%에 도달해 상당한 학문적 관심을 끌었습니다. PSC의 급속한 발전으로 인해 PSC는 광전지 분야의 떠오르는 별이 되었습니다.

페로브스카이트 태양전지의 구조

첨단 페로브스카이트 셀은 일반적으로 투명 전도성 산화물, 전자 수송층(ETL), 페로브스카이트, 정공 수송층(HTL) 및 금속 전극의 다섯 가지 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 재료의 에너지 수준과 인터페이스에서의 상호 작용을 최적화하는 것은 여전히 흥미로운 연구 분야입니다.

페로브스카이트 태양전지의 미래

페로브스카이트에 대한 연구는 패시베이션 및 결함 감소를 통해 재조합을 줄이고, 2D 페로브스카이트를 통합하고, 인터페이스 재료를 최적화하는 데 중점을 둘 것입니다. 안정성을 개선하고 환경에 미치는 영향을 줄이는 것이 향후 연구의 핵심 영역입니다.