첩 반사체로 태양전지 효율을 높인다.

첩 반사체로 태양전지 효율을 높인다.

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-11-15

최초로 박막 실리콘 태양전지에 첩 실리콘 반사체(Chirped silicon reflectors)가 통합되었다. 첩 반사체는 박막 실리콘 태양전지의 효율을 기록적인 14% 수준까지 끌어올릴 수 있다고 벨기에 IMEC의 연구진은 말한다. 첩 반사체가 태양전지에 사용된 것은 이번이 처음이라고 연구팀은 생각하고 있으며 자신들의 시스템이 동일한 종류의 다른 장치들보다 성능이 더 뛰어나다고 말한다. “우리는 새로운 종류의 반사체를 성공적으로 설계하고 실현하였다. 이 반사체는 전통적인 브래그 반사체(Bragg reflectors)보다 훨씬 더 효율적이라는 것이 증명되었다. 실리콘 태양전지에 통합했을 때, 약 20 μm 정도의 두께에 불과한 활성층에서 전류가 최대 30 mA/cm2까지 발생되었으며 전체 태양전지 효율은 14%이상이다. 이 기술은 박막 태양전지와 산업용 대형 기술 간의 틈을 줄인다.”라고 IMEC 연구원 이자벨라 쿠주마-필리펙(Izabela Kuzma-Filipek)는 말했다. 재래식 박막 실리콘 태양전지는 얇은 활성층에 의해 제한되며 효율값은 대개 13% 정도이다. 구조의 공간적 주기가 점진적으로 증가하는 첩 반사체를 도입하면, 태양전지의 효율이 14%까지 증가될 뿐만 아니라, 다른 장점들도 있다고 필리펙은 말한다. “첩 반사체는 광리소그래피에 의한 고효율 태양전지 가공과 다결정 실리콘 기판에 대한 산업용 태양전지 가공에 대해 더욱 강하다. 또한 첩 반사체는 대역폭도 크게 확대시키며 반사도도 높인다.”라고 그녀는 말했다. 사실, 첩 반사체의 대역폭은 전통적인 브래그 반사체보다 50~80% 더 크다. 첩 패턴은 반사체가 단일 파장만을 위해 설계되는 것이 아니라, 동작 파장이 구조에 따라 변한다는 것을 의미한다. 이것은 더 많은 광자들, 특히 저에너지 광자들도 흡수되며 활성층을 벗어나기 전에 여러 번 반사된다는 것의 의미한다. 필리펙과 동료들은 경로길이가 11배까지 증가되었다고 보고했다. 실험장치에서 반사체는 실리콘 활성층과 실리콘 기판 사이에 샌드위치로 끼워진다. 반사체는 높고 낮은 굴절률의 다공성 실리콘 층들이 번갈아 쌓여 이루어져 있으며, 각 층의 두께는 깊이에 따라 증가한다. 연구팀의 다음 과제는 고처리량 에피택시 반응로에 대한 수요를 고려하여 자신들의 에피택시 박막 태양전지 개념을 산업화하는 것이다. * 그림1 : 첩 반사체를 사용한 태양전지의 구성 * 그림2 : 첩 반사체는 깊이에 따라 두께가 증가하는 높고 낮은 굴절률 층들이 번갈아 있는 구조이다.