나노기술 및 정책 정보

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결정 실리콘(c-Si) 태양전지는 지금까지 가장 선진적인 광 볼트 기술 중의 하나로 평가 받고 있는데, 결정 실리콘 태양전지의 가장 뚜렷한 장점은 이상적인 밴드 갭, 높은 전환 효율 및 안정성과 광범위하게 사용 가능한 원자재 등이 포함됨.

실리콘 이종접합(silicon heterojunction) 기술은 c-Si 태양전지의 높은 전환 효율을 실현할 수 있는 제일 전망이 밝은 기술 중의 하나에 속하며, 지난 2017년도에 Kaneka가 공경(孔徑) 면적이 151.9cm2에 달하고 효율이 25.1%에 달하는 실리콘 이종접합 태양전지 개발에 성공하였지만, 그 뒤로 실리콘 이종접합 태양전지 효율 향상은 이루어지지 않음.

결정 실리콘/수소화 비(非) 결정 실리콘(c-Si/a-Si:H) 인터페이스는 실리콘 이종접합 태양전지 전환 효율에 영향을 끼치는 주요 요소가 되고 있음. 이 때문에 원자 사이즈 상에서 c-Si/a-Si:H 인터페이스 구조에 대한 정밀 인지(認知)와 조정 제어는 전지 효율 향상을 실현하는데 있어서의 보틀넥을 돌파하는 한 개 중요한 루트가 되고 있는 동시에 도전적인 과제가 되고 있음.

중국 베이징(北京, 북경) 공업 대학교 쩡쿤(鄭坤, 정곤), 장융저(張永哲, 장영철) 교수 연구팀은 ‘한넝(漢能, 한능) 청두(成都, 성도) 연구개발 센터’ 연구개발팀과 공동 연구를 수행하여, 실리콘 이종접합 태양전지를 연구 대상으로 확정함. 구면수차(spherical aberration) 교정 투과 전자 현미경 속에 전지 제조 공법과 대응되는 어널링 온도(annealing temperature)를 도입하고, 위치 이동/윈 위치에서 실리콘 이종접합 태양전지 중의 c-Si/a-Si:H 인터페이스의 원자 구조 특징 및 어널링으로 인한 인터페이스 원자 구조 변천 법칙에 대한 연구를 수행함.

연구팀은 최초로 실리콘 이종접합 태양전지 c-Si/a-Si:H 인터페이스 임베디드 타입(embedded type) 나노 트윈 크리스탈(Twin Crystal) 존재를 발견한 동시에 동 결합의 형성 변천 법칙 및 전지의 광전기 전환 효율 향상에 영향을 끼치는 메커니즘을 해석함. 관련 분석 결과에 기반하여 관련 결함을 줄인 새로운 공법을 개발한 동시에 전지 효율의 향상을 실현함.

이번 연구를 실행하는 과정에서 산업 메인스트림 공법을 사용하여 전환 효율이 24.85%에 달하는 효율성이 높은 실리콘 이종접합 태양전지를 개발함. 임베디드 타입(embedded type) 나노 트윈 크리스탈(Twin Crystal)의 발견 및 전지 전환 효율 향상에 영향을 끼치는 원인 분석을 수행하고, c-Si/a-Si:H 인터페이스 위치 점 공석이 발생시키는 서스펜션 키(Suspension key)는 캐리어 인터페이스의 복합에 영향을 끼치는 주요 장애가 되고 있다는 점을 발견함.

본 연구를 통해 실리콘 이종접합 태양전지 효율 향상을 위한 새로운 방향을 제시하여 그 의미가 주목됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Energy’ ("Identification of embedded nano twins at c-Si/a-Si:H interface limiting the performance of high-efficiency silicon heterojunction solar cells")에 게재됨.