[공학/컴퓨터/통신] 태양전지

소개글

[공학/컴퓨터/통신] 태양전지 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

태양전지의 분류

태양전지의 정의

태양전지의 원리
p 형반도체
n형 반도체
Si계 태양전지의 종류
단결정 si 태양전지
다결정 si 태양전지
* 주-아몰퍼스태양전지 :

태양전지 이론의 요약

태양전지의 제조 과정

결론

참고자료

본문내용

수량기준으로 80MV, 금액기준으로는 256억엔 시장이 된다. 단결정을 다루는 업체는 줄지는 않지만 상대적으로 다른 종류의 태양전지가 늘어나고 있다.
적은 면적으로 효율성 있게 발전하는 용도를 향해 국토가 좁은 일본에서는 주택용 발전시스템이 중요하다. 산업용에서도 신뢰성 면에서 평가는 높아 다른 태양전지에 비해 점유율이 크다. 태양전지 용의 실리콘 상용생산이 개시된 덕분에 저가화를 기대할 수 있게 되어 장기적으로는 비용절감이 되겠지만 아몰퍼스 태양전지만큼은 저하되지 않을 것으로 본다.
결정계 실리콘은 재료비용이 그대로 가격에 반영되기 때문에 셀에 이용되는 실리콘기반을 박막화함으로써 직접 저비용 달성으로 이어진다. 또한 동시에 경량화로 인해 취급하기 쉬워진다는 이점도 있다. 실리콘의 사용량을 줄이기 위한 기술과 태양전지용 실리콘 상용화의 양면어프로치를 꾀하여 원료부족에 대응하고 있다. 실리콘사용량은 1994년 이전에 1W당 20g정도였던 것이 16g/W까지 실리콘소비량이 삭감되고 있다.
다결정 si 태양전지
다결정실리콘태양전지는 태양전지에 적합한 비교적 저순도의 실리콘을 주형(鑄型)에 흐르게 하고 1,000℃로 융해하여 결정화시킨 것을 웨이퍼화하여 만든다.
fig 7 다결정 태양전지 내부 원자 배열
다결정타입의 태양전지에서는 단결정실리콘타입에 뒤떨어지지만 아몰퍼스타입보다는 높아 13∼15% 정도의 변환효율을 갖는다. 저가격 태양전지의 요구가 강해지는 가운데, 2001년 이 시장은 240MW, 870억엔이 되었다. 단결정 태양전지보다도 다소 변환효율이 떨어지지만 앞으로도 저가 모듈의 수요가 계속될 것으로 예측되어 고성장이 기대되고 있다.
코스트퍼포먼스(적은 비용으로 많은 효과)를 중시하는 주택용으로는 이전부터 많이 채용됨에 따라 시장점유율의 구성은 높지만 앞으로는 아몰퍼스실리콘태양전지나 하이브리드형에 눌려 주택용의 신장이 기대되진 않을 것으로 보인다. 한편으로, 공장이나 공공시설의 지붕 위 등에 큰 면적을 확보할 수 있는 경우에는 단결정 실리콘태양전지와의 별다른 차이도 없어지기 때문에 이제부터 산업용 대형발전시스템으로 도입되어 갈 것으로 기대된다.
다결정실리콘태양전지는 주택용 내지 산업용 태양광 발전시스템용이기 때문에 판매처의 국책에 따라 판매량이 추이한다. 아몰퍼스실리콘태양전지는 가시영역을 변환하고, 다결정실리콘태양전지는 적외영역을 중심으로 에너지변환을 하는 특성을 조합하여 산요전기 등을 비롯하여 업체들이 하이브리드타입을 비용과 성능 면에서 주목하고 있다.
* 주-아몰퍼스태양전지 :
아몰퍼스실리콘태양전지는 실리콘을 결정화시키지 않고 반도체 박막제조기술을 응용하여 제조한 태양전지이다. 증착에 의한 박막화로 막두께를 불과 1㎛로 할 수 있어 가공이 용이하고 경량으로 제품화 할 수 있다.
아몰퍼스실리콘을 사용함으로써 원료의 실리콘사용량을 적게 줄일 수가 있다. 실리콘원료의 사용량이 결정계 태양전지의 1/100 정도로 할 수 있고 게다가 제조에 필요한 에너지량도 20% 정도로 억제할 수 있다.
태양전지 이론의 요약
1. 첫째는 전자(자유전자)가 발생되는 현상
고체 내부에는 전자가 많이 존재한다. 전자는 원자핵에 결합되어 있는 것(“구속전자”)과 고체내부를 자유롭게 돌아다닐 수 있는 것(“자유전자”)으로 구분된다. 이 중에서 자유전자가 전기의 흐름을 담당하는데 반도체는 대체로 전기가 잘 통하지 않은 물질이다. 즉 자유전자를 많이 갖고 있지 않다는 뜻인데 반도체에 빛을 비추면 구속전자가 빛 에너지를 받아서 자유전자 상태로 된다. 빛 에너지는 원자핵에 구속되어 있던 전자가 결합을 끊고 자유롭게 되도록 힘을 보태주는 역할을 한다.
2.둘째는이렇게 생겨난 자유전자를 외부 회로로 내보내어 전기를유도하는 과정으로, 자유전자가 외부회로에 도달하게 하기 위해서는 필요한 것이 반도체의 p-n junction이다. 이 접합부분에 전기장이 생기는데 이 전기장의 특성 때문에 자유전자는 아래 그림의 왼쪽으로 끌리게 된다. 일단 자유전자가 n형 쪽으로 끌려 넘어가면 자유전자를 끌고 온 극성의 영향으로 인해 다시 p형 쪽으로 넘어올 수 없다.
태양전지의 제조 과정
- 태양전지의 주재료인 실리콘을 다결정으로 만드는 과정이 중요하다.
원료를 용해하는 과정 중에 탄소를 주입해서 순수 실리콘을 얻게 된다.
fig 10에서 다음의 반응이 일어나게 된다.
SiO2 + 2C ⇒ Si + 2CO↑ 다음 순수 실리콘에 HCl을 반응시키면 SiHCl3가 된다.
Si + 3HCl ⇒ SiHCl3 여기에 수소 H2 와 반응을
하면 Poly-Crystalline Silicon이 만들어진다.
fig 8 fig 9 fig 10
- 위에서 얻어진 순수다결정 실리콘을 고진공상태에서 용융시키고 냉각시킨 후 wafer형태로 자른다.
fig 11
fig 11은 순수 다결정 실리콘이다.
고순도의 실리콘을 얻기 위해 다시 한 번 녹이는 과정을 거쳐야 한다.
fig 12 fig 13
-fig 13 을 굳히면 fig 14와 같이 된다. 이 상태는 잘 부서지기 쉽기 때문에 조심해서 다루어야 한다. 자르기 위해 wire 를 사용한다.
fig 14
-fig 14를 얇게 약 0.3mm로 자르며녀 fig 15와 같이 된다. 이 상태는 충격이 가면 깨어지니까 가공물을 조심히 다뤄야 한다.
fig 15
연마를 한 뒤 표면을 보면 금속 실리콘 결정이 보인다. 바로 이것이 다결정이다.
다결정이 많이 없을수록 효율이 좋아진다. 이에 반해 단결정은 무뉘가 하나로 되어 있는 것
인데 다결정에 비해 효율이 높다. 그 이유는 다결정의 결정립은 전자의 이동을 방해하는 성
질을 가지기 때문이다. 따라서 무늬가 적게 나올수록 효율이 좋아지게 된다.
연마를 잘해서 표면이 정말 거울같이 매끈하게 만들어야 한다. 표면을 NaOH로 에칭시킨다.
- wafer표면을 잘 연마한 후 800℃의 확산로에서 p형 반도체와 n형 반도체를 형성시킨다.
fig 16
- 다시 표면처리로 반사방지막(ZnO)를 표면에 진공도금을 한다.
fig 17
진공도금을 하는 이유는 들어오는 햇빛이 반사 되는걸 방지하여 에너지전환효율을 극대화시키기 위해서다.
fig 18
태양전지에 의해 생산된 전기를

키워드

태양전지,   제조과정,   원리,   solar cell