태양전지의 변환효율(Energy conversion efficiency)은 입사되는 태양복사광 에너지와 태양전지의 단자에서 나오는 전기 출력에너지의 비를 퍼센트로 표시한 것이다. 지상용 태양전지의 입사광조건하에서 측정된 최대 출력점 와 개방전압 , 단락광 전류 가 구해지면, 공칭변환 효율 은 유효 수광면적을 S()로 하면 오른쪽의 식으로 된다.
여기서 FF는 곡선인자 (curve fill factor)라고 하여 태양전지의 성능의 정도를 표시하는 중요한 지수이다. 식(1)에서 알 수 있듯이 입력파워를 100로 규격화 한 측정에서는, 실험에서 구해진 를 비롯하여 와 FF를 알아내 전부 곱한 것이 공칭효율을 나타내는 것이 된다.
√ short circuit current, Isc : 외부전압이 걸리지 않았을 때 전지에서 얻을 수 있는 최대 전류이다. 전자-정공 쌍으로 전환되는 과양자의 총수와 같다.
√ open circuit voltage, Voc :회로에 큰 저항이 걸려 광전류가 흐르지 않을 때 걸린 광전압이다. 전지에서 얻을 수 있는 Gibbs 자유 에너지의 크기이다.
√ 높은 Voc를 얻기 위해서는
1) charge carrier의 확산거리가 가급적 커야한다.
2) doner와 accptor의 도핑농도가 가급적 커야한다.
3) 결정의 부피가 얇은 박막과 같이 가급적 작아야 한다.
√ fill factor, FF
최대출력과 Pin(Voc Isc)의 비율이다. 전지의 실제 성능을 나타내는 주요한 척도이다.
전류-전압 특성 곡선(I-V curve)에서 사각형 Pin이 Pm으로 채워지는 정도를 의미한다.
태양전지의 핵심 기술은 무엇보다도 태양전지의 고효율화와 저코스트화(비용 최소화)이므로, 요소요소의 재료, 원재료의 제조법에서부터 전지의 구조, pn접합등의 접합형성기술, 모듈화에서 시스템에 이르기 까지 실제로 여러 가지 연구 개발 노력이 중첩되어 있다. 위 의 식(1)에 주어진 공칭효율도는 태양전지에 쓰여지는 반도체 재료나 접합구성에 의해 변화한다. 그중 중요한 요인들을 들어보면 아래와 같다.
(A) 어떻게 하면 태양방사 에너지를 가장 유효적절하게 반도체로 끌어들일 수 있을것인가.
(B) 반도체의 광흡수 스펙트럼과 태양스펙트럼의 정합성을 향상시킬 수 있는 방법.
(C) 반도체에 흡수된 광 에너지에서 전자나 정공의 자유 캐리어를 생성하는 비율향상(광전양자효율)과 이러한 캐리어들이 재결합하기 전에 유효적절하게 전극으로 이동시키는 기술.
(D) 발전전력을 되도록 주울손실을 적게하여 양 단자에서 꺼낼 수 있는 방법을 연구하는 전기적 요소기술등이다.
(A)~(D)의 과정을 비용까지 계산하여, 어떻게 설계할 것인가가 열쇠가 된다.
댓글
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작성자이봉열 작성시간 23.11.28 좋은 글입니다 저도 회사내에서 태양광 BIPV 발전 담당자로서 광효율을 높이기 위해 1년에 2번 셀을 청소하고 관리하고 있습니다
접속반 과 인버터도 관리하고요
지지난 주에 올린 제 글을 보셨는지요?
LED TV 표면에 햇빛을 받아 전기를 생산해 내는 동영상
고장난 TV 를 발견하면 실험한번 해보려 합니다^^ -
작성자이봉열 작성시간 23.11.28 https://youtube.com/shorts/-Vc9MjZJrNM?si=RKZWi9EUJdnqLgEH