출처:www.energy.gov
빛이 태양 전지(태양 전지라고도 함)에 비치면 해당 빛은 반사, 흡수 또는 전지를 바로 통과할 수 있습니다. PV 전지는 반도체 재료로 구성됩니다. "semi"는 절연체보다 전기를 잘 전도할 수 있지만 금속과 같은 좋은 전도체만큼은 아닌 것을 의미합니다. PV 전지에 사용되는 여러 반도체 재료가 있습니다.
반도체가 빛에 노출되면 빛의 에너지를 흡수하여 전자라고 하는 물질의 음으로 하전된 입자로 전달합니다. 이 추가 에너지는 전자가 전류로 물질을 통해 흐를 수 있도록 합니다. 이 전류는 전도성 금속 접점(태양 전지의 그리드와 같은 라인)을 통해 추출된 다음 가정과 나머지 전기 그리드에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.
태양광 전지의 효율성은 단순히 전지에 비치는 빛의 에너지와 비교하여 전지에서 나오는 전력의 양으로, 전지가 한 형태에서 다른 형태로 에너지를 변환하는 데 얼마나 효과적인지를 나타냅니다. PV 전지에서 생산되는 전기량은 사용 가능한 빛의 특성(예: 강도 및 파장)과 전지의 여러 성능 속성에 따라 다릅니다.
PV 반도체의 중요한 특성은 물질이 흡수하고 전기 에너지로 변환할 수 있는 빛의 파장을 나타내는 밴드갭입니다. 반도체의 밴드갭이 PV 전지에 비치는 빛의 파장과 일치하면 해당 전지는 사용 가능한 모든 에너지를 효율적으로 사용할 수 있습니다.
PV 전지에 가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료에 대해 아래에서 자세히 알아보십시오.
규소
현재까지 태양 전지에 사용되는 가장 일반적인 반도체 재료인 Siliconis는 오늘날 판매되는 모듈의 약 95%를 차지합니다. 그것은 또한 지구상에서 두 번째로 풍부한 물질(산소 다음으로)이며 컴퓨터 칩에 사용되는 가장 일반적인 반도체입니다. 결정질 실리콘 셀은 결정 격자를 형성하기 위해 서로 연결된 실리콘 원자로 만들어집니다. 이 격자는 빛을 전기로 더 효율적으로 변환하는 조직화된 구조를 제공합니다.
현재 실리콘으로 만들어진 태양 전지는 고효율, 저비용 및 긴 수명의 조합을 제공합니다. 모듈은 25년 이상 동안 지속되며 이 시간 이후에도 원래 전력의 80% 이상을 생산할 것으로 예상됩니다.
박막 광전지
박막 태양 전지는 유리, 플라스틱 또는 금속과 같은 지지 재료에 PV 재료의 하나 이상의 얇은 층을 증착하여 만듭니다. 오늘날 시장에는 두 가지 주요 유형의 박막 PV 반도체가 있습니다: 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 및 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS). 두 재료 모두 모듈 표면의 전면 또는 후면에 직접 증착할 수 있습니다.
CdTe는 실리콘 다음으로 많이 사용되는 PV 재료이며 CdTe 전지는 저비용 제조 공정을 사용하여 만들 수 있습니다. 이것이 비용 효율적인 대안이 되지만 효율성은 여전히 실리콘만큼 높지 않습니다. CIGS 셀은 PV 재료에 대한 최적의 특성과 실험실에서 높은 효율성을 갖지만 4가지 요소를 결합하는 것과 관련된 복잡성으로 인해 실험실에서 제조로의 전환이 더 어려워집니다. CdT와 CIGS는 모두 야외에서 오래 지속되는 작동을 가능하게 하기 위해 실리콘보다 더 많은 보호가 필요합니다.
페로브스카이트 광전지
페로브스카이트 태양 전지는 박막 전지의 한 유형이며 특징적인 결정 구조의 이름을 따서 명명되었습니다. 페로브스카이트 전지는 인쇄, 코팅 또는 진공 증착된 재료 층으로 만들어지며, 아래에 있는 지지층에기질.일반적으로 조립이 쉽고 결정질 실리콘과 유사한 효율에 도달할 수 있습니다. 실험실에서 페로브스카이트 태양 전지 효율은 2009년 3%에서 2020년 25% 이상으로 다른 어떤 PV 재료보다 빠르게 개선되었습니다. 상업적으로 실행 가능하려면 페로브스카이트 PV 전지가 야외에서 20년 동안 생존할 수 있을 만큼 충분히 안정해야 하므로 연구자들은 내구성을 높이고 대규모의 저비용 제조 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
유기 광전지
유기 PV 또는 OPV 전지는 탄소가 풍부한(유기) 화합물로 구성되며 밴드갭, 투명도 또는 색상과 같은 PV 전지의 특정 기능을 향상시키도록 맞춤화할 수 있습니다. OPV 전지는 현재 결정질 실리콘 전지보다 효율성이 약 절반에 불과하고 작동 수명이 더 짧지만 대량으로 제조하는 데 비용이 덜 들 수 있습니다. 또한 유연한 플라스틱과 같은 다양한 지지 재료에 적용할 수 있어 OPV를 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
양자점
양자점 태양 전지는 양자점이라고 하는 폭이 불과 몇 나노미터인 서로 다른 반도체 재료의 작은 입자를 통해 전기를 전도합니다. 양자점은 반도체 재료를 처리하는 새로운 방법을 제공하지만 양자점 사이에 전기적 연결을 생성하기가 어렵기 때문에 현재로서는 그다지 효율적이지 않습니다. 그러나 그들은 태양 전지로 만들기 쉽습니다. 그들은 스핀 코트 방법, 스프레이 또는 신문을 인쇄하는 데 사용되는 것과 같은 롤투롤 프린터를 사용하여 기판에 증착할 수 있습니다.
양자점은 다양한 크기로 제공되며 밴드갭을 사용자 정의할 수 있으므로 포착하기 어려운 빛을 수집하고 페로브스카이트와 같은 다른 반도체와 쌍을 이루어 다중접합 태양 전지의 성능을 최적화할 수 있습니다(자세한 내용은 아래 참조).
다접점 광전지
PV 전지 효율을 향상시키는 또 다른 전략은 다중 접합 태양 전지를 만들기 위해 다중 반도체를 적층하는 것입니다. 이러한 셀은 본질적으로 하나의 반도체만 있는 단일 접합 셀과 달리 서로 다른 반도체 재료의 스택입니다. 각 층은 서로 다른 밴드갭을 가지므로 각각 태양 스펙트럼의 다른 부분을 흡수하여 단일 접합 전지보다 태양광을 더 많이 사용합니다. 다중접합 태양전지는 첫 번째 반도체 층에 흡수되지 않은 빛이 그 아래 층에 포착되기 때문에 기록적인 효율 수준에 도달할 수 있습니다.
하나 이상의 밴드갭을 갖는 모든 태양전지가 다중접합 태양전지인 반면, 정확히 2개의 밴드갭을 갖는 태양전지는 탠덤 태양전지라고 불린다. 주기율표에서 III열과 V열의 반도체를 결합한 다중접합 태양전지를 다중접합 III-V 태양전지라고 합니다.
다중접합 태양전지는 45% 이상의 효율을 보여주었지만 비용이 많이 들고 제조가 어렵기 때문에 우주 탐사용으로 남겨두었습니다. 군대는 드론에 III-V 태양 전지를 사용하고 있으며 연구원들은 고효율이 핵심인 다른 용도를 모색하고 있습니다.
농도 광전지
CPV라고도 하는 Concentration PV는 거울이나 렌즈를 사용하여 태양광을 태양 전지에 집중시킵니다. 태양광을 작은 영역에 집중시킴으로써 더 적은 PV 재료가 필요합니다. PV 재료는 빛이 더 집중될수록 더 효율적이 되므로 CPV 셀 및 모듈에서 가장 높은 전체 효율을 얻을 수 있습니다. 그러나 더 고가의 재료, 제조 기술 및 태양의 움직임을 추적하는 기능이 필요하므로 오늘날'#39;의 고용량 실리콘 모듈에 비해 필요한 비용 이점을 입증하는 것이 어려워졌습니다.
